N E W S
OF THE NATIONAL ACADEM Y OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN SER IE S C H E M IS T R Y AND T E C H N O L O G Y
ISSN 2224-5286
Volume 2, Num ber 416 (2016), 94 - 101
T H E S T U D Y O F I N F L U E N C E O F F E E D P R E T R E A T M E N T T O I M P R O V E T H E Y I E L D O F B I O G A S
1ZH .N. K aipova, 1M .I. Sataev, 2S.N. R edyuk, 3A.V. G a ra b ad z h iu , 1B.ZH. M utalieva (1M. Auezov South Kazakhstan State University, Shymkent, Kazakhstan, Tauke Khan 5, Shymkent, Kazakhstan
2University of Southern Methodist, State of Dallas, United States 3Saint Petersburg State Institute of Technology, St. Petersburg, Russia
E-mail: 1 [email protected] ) Key words: biomass, microscopy, straw, silica, lignin.
Increasing pollution, disturbance of the heat balance of the atmosphere gradually lead to global climate change.
Deficiency of energy and limited fuel resources with all the growing acuteness show the inevitability of widespread use of alternative and renewable forms of energy.
The purpose of this study was to increase the digestibility of cellulose and lignin waste, such as straw of various plants (wheat, rice, barley, etc.), And increasing the yield of biogas, with a pre-treatment with sodium hydroxide (NaOH), and microwave irradiation. Ligno-cellulose waste pre-treated with NaOH by soaking overnight at the various NaOH concentrations (1.2, 3, 4, 6, 8%) and adding to microwave irradiation (30 min, 720 W, 180 0C).
It has been found that the best pre-treatment occurs in 4% NaOH solution and SG 30 minute microwave irradiation, which results in 70.0% reduction in lignin content, and 89% reduction of silicon dioxide. This increased digestibility by reducing the content of lignin and silica, resulting in an increased biogas production to 60%. Electron microscopy revealed the pretreated straw destruction lignocellulosic structure resulting from tearing the various layers of straw and other plant cell wall materials.
Б И О Г А З Д Ь Щ 0 Ш М Д 1 Л 1 Г Ш А Р Т Т Ы Р У У Ш 1 Н Ш Т К 1 З А Т Т Ы А Л Д Ы Н А Л А © Н Д Е У Д Щ Э С Е Р 1 Н З Е Р Т Т Е У
1Ж .Н . К ай п о в а, 1М .И. С атаев , 2С.Н. Редю к, 3А.В. Г арабадж и у, 1Б .Ж . М у тал и ева
(1М. Эуезов атындагы Оцтуспк Казахстан мемлекетлк университет^ Тэуке хан 5, Шымкент к, Казахстан;
2Университет Южно-Методистский, штат Даллас, США;
3Санкт-Петербургский государственный технологический институт, г. Санкт-Петербург Российская Федерация
E-mail:1 [email protected] ) Т рек сездер: биомасса, микроскопия, сабан, кремний диоксида, лигнин.
Коршаган ортаныц ластануыныц есу^ атмосферадагы жылулык балансыныц бузылуы климаттыц галамдьщ езгергане бiртiндеп алып келуде. Энергияныц жетюпеушшпмен жанармай корларыныц шектеулшп дэстYрлi емес жэне кайта енделетiн энергия турлерш кенiнен пайдаланудыц кажеттшп куннен кунге арта тусуде.
Казiргi зерттеудiн максаты целлюлозамен лигнинi бар калдыктардыц, ягни сабан тектес есiмдiктердiн (бидай, курш, арпа жэне т.б.) сiнiрiлуiн жогарылату жэне натрий гидроксидiмен (NaOH) жэне микротолкынды сэулеленудiн кемегiмен алдын ала ецдеу аркылы биогаздыц енiмдiлiгiн арттыру болып табылады. Лигно-целлюлозасы бар калдыктарды алдын ала NaOH кемегiмен NaOH-нщ тYрлi концентрациясында (1,2, 3, 4, 6, 8%) бiр кун бойына жiбiту аркылы жэне оны микротолкынды сэулеленумен (30 мин, 720 Вт, 180 0С) толыктырып ендедi. Белгш болгандай, калдыктарды NaOH 4%-дык ертндюшде жэне 30 минут микротолкынды сэулеленуге ушырату аркылы алдын ала ецдеу колайлы болып шыкты.
Нэтижесiнде, лигниннщ мелшерi 70% -га, ал кремний диоксщнщ мелшерi 89% темендеуi аныкталды.
Лигнинмен кремний диоксидшщ молшершщ азаюы салдарынан биогаздыц ош мдш п 60% дейiн котерiлдi.
Электронды микроскопия сабандагы жэне де баска да оамдж шикiзаттарынын жасушалык кабырга кабатыныц ыдырауынан алдын ала оцделген сабандагы лигниндГ целлюлозалык курылымныц бузылгандыгын корсеттi.
К 1ркпе
Биомасса - ец арзан жэне жинакталатын жэне кайта онделетiн энергияныц ГрГ масштабты кеск ш . Жыл сайын жер бетш деп биомассаныц осуГ 200 млрд. т курайды, ол эквивалента тYрде 3х1021 Дж болады. Бул корсетюш жер б еп н д еп барша адамзаттыц пайдаланатын жылдык энергиясынан шамамен 10 есеге артык. Электр энергиясына, жылу энергиясына карапайым, табиги жанармай алу Yшiн биомасса энергиясын айналдыру жYЙесi кажетшше тYрлi. Барлык технологиялармен эдютерге карамастан биомассаныц суйык немесе газ тэрГздес жанармайга айналдыруын жетГлдГру ym^ Yлкен корга ие.
Ауылшаруашылыгы Yшiн пайдалы биогаз ондГрю биогаз кондыргыларында органикалык калдыктарды арзан оцдеуге мYмкiндiгi бар. Бул технологияныц коршаган ортага типзер пайдасын тYсiнген адамдар арасында куннен кYнге жактастары артуда [1-5].
Биогаз ондГрю ym^ тYрлi ондГрютш жэне турмыстык калдыктар пайдаланылады.
КазГрп тацда, копетеген галымдар жанармайдыц суйык жэне газ тэрГздес тYрлерiн оам д ш тектес шиюзаттардан, ягни курамында лигнинмен целлюлозаныц Yлкен молшерГ бар кайта оцделетш шиюзаттардан алу эдютерГ жайлы мэселенщ мацыздылыгын талкылауда. Мундай шиюзаттар микроагзалармен нашар корытылады, дегенмен оларды биогаз алу Yfflffl пайдалануга болады, себебГ мундай шиюзаттардыц коры шектеулГ емес. Сондыктан, оцделуГ киын шиюзаттардан биогаз сиякты мацызды ошмдГ алу технологиясын жасау озекп болып табылады.
Сабан лигноцеллюлозага бай материал болып табылады, ол целлюлоза, гемицеллюлоза жэне лигнин сиякты органикаоык заттарга бай. Эдетте, оларды ортеу аркылы оцдейдГ, соныц салдарынан коршаган ортаныц ластайды. Оныц орнына бул шиюзаттарды биологиялык жанармай ретГнде пайдалануга болады. Сабанныц жэне баска да о ам д ш тектес шикГзаттардыц нашар корытылуы, олардыц курамындагы лигниннщ, кремний диоксидшщ коп молшерше жэне де корекпк заттардыц микрофлора Yшiн аздыгы Yлкен мэселе болып табылады.
КейбГр елдерде, осындай нашар корытылатын лигноцеллюлозалы шиюзаттанды оцдеу аркылы суйык жэне газ тэрГздем жанармай тYрлерiн, сонымен катар, баска да химиялык заттарды алу YMrn жаца технологиялар жасалуда. в а м д ш тектес шиюзатты алдын ала оцдеу эдютерш пайдалану жэне оларды ары карай ф ерм ентативт гидролиздГ Yрдiспен катар комГрсудан биогазга жэне баска да заттарга биотехнологиялык айналдыру э д ю биогаздыц кунын шамамен ym есеге томендетедГ
Энергия алу Yшiн курамында лигно-целлюлозасы бар биомассаны пайдалану бойынша технология жасауга деген кызыгушылык барынша арта тYсуде. Кайта оцдеу аркылы алынатын энергияныц баска да тYрлерiнiн арасында ауыл шаруашылыгы малдарымен калдыктарынан алынуы мYмкiн болган биогаз толык баскарылатын жэне келеш еп бар энергияныц кайнар коз болып табылады. Биогаз анаэробтык ашу аркылы жинакталады жэне тш м дш ш , куны жэне калдыктардан энергияга айналган кезГнде коршаган ортага типзер эсерГ бойынша тшмдГ болып табылатын жогары температурасымен (жагу аркылы) бэсекеге кабш етп болуы мYмкiн [6].
Биогаздыц тYзiлуi гидролитикалык, ацитогендш жэне метаногендш бактериялардан куралган микроагзалардыц консорциумымен жYзеге асырылады. Биогаздыц курамы келесгдей: C H ^ 5 5 - 70%), CO2 (27-45% ), H2 (1-4% ), N2 (1,0-2 0%), H2S (0 1-1,0%), CO (1-4%), О2 (0,2-0,4%), H2S (0,1
1%) жэне су булары (2-4%) [7, 8].
вш м дш шиюзаты курамында лигно-целлюлозасы бар биомасса болып табылады, ол барша элемде биоэнергия ондГрга Ym^ субстрат ретшде пайдаланылуы мYмкiн. Мысалы, кYрiш сабаныныц курамында лигно-целлюлоза бар: целлюлозасы (32-47% ), гемицеллюлозасы (19-27% ) жэне лигниш (5-24% ), сонымен катар, олар бГр бГрГмен кешендГ б1рпу аркылы байланыскан.
Гемицеллюлоза лигнинмен целлюлоза арасындагы байланыс кызыметш аткарып, барлык целлюлоза-гемицеллюлоза-лигнин желюшщ катацдыгын камтамасыз етедь Сабанныц курамындагы лигниннщ моошерГ аз, ал кремний диоксидшщ молшерГ жогары [9, 10]. Сондыктан, курамында лигно-целлюлозасы бар шиюзаттар целлюлозаныц микробтар бГрлеспгше био кол жетГмдшгш арттыру максатында алдын ала оцдеудГ кажет етедГ Бурынырак шиюзатты алдын ала
ецдеу жYргiзiлген жэне усынылган [11, 12]. Ондай эдютердщ б1р1 - ол, ешмдш н еп зд еп биомассаныц физикалык жэне химиялык езгерстерше алып келетш, алдын ала гидролизбен ецдеу болып табылады [13, 14].
Микротолкындармен ецделген ешмдш шиюзатында ецделмеген шиюзатпен салыстырганда глюкозаныц е ш м д ш т 24,5% улгаяды [15]. 0 а м д ш шиюзатын алдын ала ендеудщ баска да тYрлерi бар, ягни, кышкылдармен, сштшермен ендеу аркылы курамында целлюлозасы бар шиюзаттарды ыдыратуга жэне метанныц еш м д ш гш щ арттыруга болады [16, 17]. Кейб1р авторлар алдындары атап еткендей, биогаз енд1рю1нде шиюзатты сшт1мен ендеу ти1мд1 болып табылады. Ол метанныц еш м д ш гш шамамен 100% дешн улгайтады [18-20]. Сонымен катар, корекпк заттардыц микроагзаларга кол ж е ^ м д ш г ш жаксарту максатында микротолкынды сэулеленудщ эсерш зерттеген жумыстар болган [21]. Осылайша, шиюзатты алдын ала ендеу Yшiн тYрлi эд1стерд1 уштастыру аркылы биогаздыц еш м дш ш н айтарлыктай жогарылатамыз [22, 23]. Сонымен катар, шиюзатты алдын ала ендеу аркылы биогазды алу бойынша маглуматтар ете аз, сондыктан, кайта енделетш энергия кездерш щ технологиясын дамыту Yшiн осы аудандагы зерттеулер е з е к т жэне тш мд1 болып кала береди
Зерттеу н ы сан д ары м ен эдктер1
Эр тYрлi епндерд1 жинаудан калган сабан калдыктарды анаэробтык ашыту Yшiн юиогаз кондыргысы пайдаланылды. Ол метандык божу жYзеге асырылатын келем1 500 мл биореактордан;
биореаторга каж етп температураны устап туру Yшiн арналган ультротермостаттан; ортаныц тепературасын кадагалап отыратын термометрден; шыны электродтан жэне рН-метрдщ кем епм ен рН елшеп салыстыру Yшiн салыстырмалы электродтан; каж етп ылгалдылыкты устап туру Yшiн жэне рН реттеу Yшiн е р тн д ш е р ге арналган ыдыстан куралган.
1. Калдыктарды ашытуга дайындау. Калдыктады дайындау Yшiн ылгалдылыгы 50%-га деш н ылгалдандырылган массасы 2 0 0 г сынама алынды.
Ашыту. Дайындалган калдыктарды жэне меташузуш1 бактериялар мэдениетш биореакторга енпзш едь Ашыту барысында оцтайлы температурамен рН устап турады. Кажет болган жагдайда, тYзiлген кышкылдарга 0,1 мл NaOH е р т н д ю ш косып отырады.
2. Калдыктардыц микрофлорасын талдау.
ТYрлi топтагы бактериялардыц мелш ерш микроскопия аркылы ескен колонияларды санау Yшiн катты эл екти вт ортада дайындалган суспензияны сеуш ес1ру аркылы аныкталган. К орекпк орта рет1нде элективтш корекпк орта дайындау жэне жинакталган мэдениетп алу бойынша эдютемеде кел^рш ген ортаны пайдаланды.
МетантYзушi бактериялардыц мелш ер1 кем1рсуды ашытушы, аммонифицирлеуш1 жэне сульфатты калпына келт1руш1 жасушалардыц мелш ерш есептемегенде шартты тYрде микроагзалардыц жалпы мелш ерш щ калдыгын есептейдь
3. Метандык ашудан кеш нп газды талдау
Метанды ашу YPДiсiнiц кы зы метпк агынын аныктау Yшiн тYзiлген газдарга эр тYрлi реагенттермен шщру э д ю аркылы талдау жYргiзiлдi; метанмен сутектщ мелш ерш - коспадагы барлык газдар алдын ала сщ рш ген н ен кейiнгi калдыктардыц белiгiн жагу эдiсiмен. Азотты коспаныц баска да курамдас белшектерiн аныктаганнан кейiн аныктайды. Талдау кезiндегi аныкталу реттiлiгi: СО2 жэне Н2S сiцiрiлуi, оттегiнiц а щ р ^ ^ газды Н2S0 4 10% ерiтiндiсiмен N H3
жуу, коспаныц калган калдыктарын ауамен араластыру жэне H 2, CH4 ертеу [24].
4. Ш июзатты натрий гидроксидiмен жэне микротолкынды сэулеленумен ецдеу.
Сабан, кабыршак жэне баска да е а м д ш тектес калдыктар алдын ала натрий гидроксидшщ тYрлi концентрациясында ецделд^ содан соц, микротолкынды пеште 30 минут ш ш д е 180 0С температурада микротолкындардыц эсерiмен ецдейдi. 0 цдеуден кешн шикiзатты тYCсiз болганша мукият сумен жуады, рН 7,5, кептiрiледi жэне кургак затыныц, ушкыш затыныц, кулдщ курамына талдау жYргiзiледi жэне целлюлозаныц, гемицеллюлозаныц жэне кремнийдi мелшерiн аныктау Yшiн химиялык талдау жасалады. Барлык талдаулар бакылаушы материалмен салыстырылады.
5. ТYрлi материалдардыц морфологиясын зерттеуге арналган электронды микроскопия Микромед 1 электронды микроскопыныц кемегiмен аныкталады. (Электронды микроскоп ( Микромед 1 ) керу эдюь
Сурет 1 - Бинокулярлы микроскоп Микромед 1
Бинокулярлы микроскоп М икромед 1 морфологиялык заттарды жарыктыц тусу1 бойынша ашык ерю эдю1 аркылы зерттеуге арналган. Микроскоп М икромед 1 бейнеш накты уакыт режим1нде видеоокуляр аркылы экранга ПК кем епм ен шыгаруга мумюндш бередг М икроскоп Микромед 1кемепмен эмульсиялардагы капсулаларды объектив-ахромат: 4х/0,1 160/0,17; 10х/0,25
160/0,17 елшемдер1 аркылы керш , суреттерш алдык).
Натрий гидроксидiнiц мелшер^ %
Сурет 2 - Шиюзатты алдын ала ецдегеннен кейiнгi оныц салмагыныц езгерга Нэтижелер1 ж эне оларды т а л к ы л а у
Морфологиялык талдау сабанды алдын ала ецдеуден етюзгеннен кеш н байкалатын курылымыныц курт езгерюш керсетп., Салмагыныц азаюы, сынгыштыгы жэне агаруы алдындары аталып еткендей, лигноцеллюлозаныц тозуына алып келетш алдын ала ецдеуден еткеннен кешн байкалды. Электронды микроскопия эдюш щ кем епм ен алдындары болжамдагандай лигноцеллюлоза к¥рылымыныц майда белшектерге ыдырауы жузеге асады. И мпульспк
дисперсиядан кешн тезек белшектерiнiц коректiк заттарыныц метаногенез YPДiсiне катысатын бактериялар Yшiн кол жетiмдiлiгi есе тYседi жэне ол жылдамдатылады. Атап кететiнi, ауыр толкынныц эсерiнен шикiзаттаFы белшектердiц майдалануымен коса, ондагы микроагзалардыц барлыгы еледь Сурет 2 керсетiлгендей, салмактыц азаюы натрий гидроксидiнiц тYрлi концентрациясында 7 ден 50% деш н ауыткиды, ал с ш т концентрациясы еседi. Бул ауыр ецделетш лигноцеллюлозаныц курылымыныц бузылатындыFын керсетедь
Кесте 1 келтiрiлгендей, бастапкы мелшерше караFанда целлюлозаныц мелшерi 24,14% еседь Бакылаушы сынамалармен салыстырFанда гемицеллюлозаныц жэне лигниннщ мелшерi азаяды.
Кремнийдiц мелшерi де осылайшы 4 есеге кYрт темендейдi.
Кесте 1 - Алдын ала ецдеуден еткен шиюзаттыц мэш
Сабанныц курамы, % Сынама материал Натрий гидроксидiмен жэне микротолкынмен ецдеудщ эсер^ %
1 2 3 4 5
Катты белшектерi 95 94,51 94,32 94,22 94,12 93,83
КYлi 10 5,09 4,44 4,26 3,98 3,42
Целлюлоза 42,8 51,44 64 65,48 66,7 66,94
Гемицеллюлоза 20,5 20,32 15,2 13,6 12,1 11,2
Лигнин 5,5 3,75 2,84 2,65 2,6 2,29
Кремний 5,0 3,02 2,45 2,07 1,79 1,32
Салыстырмалы тYPде биогаздыц шыFуын аныктау Yшiн эр тYрлi шикiзатты пайдалану аркылы зерттеулер жYргiзiлдi, сонымен катар, ецделмеген жэне алдын ала ецдеуден еткен лигно- целлюлозасы бар шиюзаттар зерттелдi.
Ашу уакыты, KYндерi
Сурет 3 - Ашу температурасы 300С кезiндегi ауылшаруашылыгы калдыктарыныц 1 г кургак затынан шыгатын биогаз мелшерi
Ашу уакыты, Kyraepi
Сурет 4 - Ашу температурасы 300С кeзiндeгi алдын ала ендеуден еткен жэне ендеуден етпеген сабаннын 1 г к^ргак затынан шыгатын биогаздын салыстырмалы мелшepi
К о р ы ты н ды
Биогаздын е ш м д ш п н щ жогарылауы, оны 4%-дыщ натрий гидpоксидiмeн 30 минут бойына микротол^ынды пеште ендеуден еткiзгeндe, ондагы кYpдeлi заттардын микроагзалар Yшiн ^ол жeтiмдi заттарга айналган кeзiндe бай^алады. Осылайша, шикiзатты алдын ала ендeудi сiлтiлi гидролизбен жYpгiзу, сонымен ^атар, микротол^ындармен импульстiк ендеу ашу кезещн тиiмдi эдiспeн ^ыс^арту жэне реактор айналымыньщ уа^ытын Yш есеге азайту болып табылады. Ягни, зерттеу нэтижeлepi керсеткендей айналым уакыты 24 ^ н н е н 7 кYнгe дeйiн ^ыс^аруы мYмкiн.
ЭДЕБИЕТ
[1] Шеина О.А., Сысоев В.А. // Биохимия процесса производства биогаза как альтернативного источника энергии //
Вестник ТГУ. - 2009. - Т.14, вып.1. - С. 73-76.
[2] Renewable Energy & Energy Efficiency Partnership (REEEP) // Fresh Wind from Kazakhstan: New Renewable Energy Law. - 2009.
[3] Миндубаев А.З., Белостоцкий Д.Е., Минзанова С.Т., Миронов В.Ф., Алимова Ф.К., Миронова Л.Г., Коновалов А.И. // Метаногенез: биохимия, технология, применение //Ученые записки Казанского государственного университета.
Естественныенауки. - 2010. - Т.152, кн.2. - С. 178-191.
[4] Yang S.S., Liu C.M., Liu Y.L. Estimation of methane and nitrous oxide emission from animal production sector in Taiwan during // Chemosphere. - 2003. - V.52, №8. - P. 1381-1388.
[5] Морозов Н.М. Направления рационального использования энергетических ресурсов в животноводстве //
Техника и оборудование для села. - 2004. - №4. - С.3-5.
[6] Ананиашвили Г.Д. // Основы биоэнергетики и биоэнергетического строительства в сельском хозяйстве:
автореф. дис. д-ра с.-х. наук. - М., 1959. - 29 с.
[7] Pauss, H. Naveau, E.J. Nyns, Biogas production, in: D.O. Hall, R.P. Overend (Eds.), Biomass: Regenerable Energy, Wiley-Interscience Publications, New York, 1987, pp. 273-291.
[8] Jonas J., Petrikova V. Vyuzitiexkrementuhospodarskychzvirat / Statnizemedelskenak- ladatelstvi (In Polish). — Praha, 1988.
[9] B.L. Maiorella, Ethanol fermentation, in: M. Young (Ed.), Comprehensive Biotechnology, vol. 3, Pergamon Press, Oxford, 1985, pp. 861-914.
[10] D. Fengel, G. Wegener, Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions, De Gruyter, Berlin, 1984.
[11] B.C. Saha, Hemicellulose bioconversion, J. Ind. Microbiol.Biotechnol. 30 (2003)279-291.
[12] L. Laureano-Perez, F. Teymouri, H. Alizadeh, B.E. Dale, Understanding factorsthat limit enzymatic hydrolysis of biomass, Appl. Biochem. Biotechnol. 121e124 (2005) 1081-1099.
[13] P.J. Van Soest, Rice straw, the role silica and treatments to improve quality,Animal Feed Sci. Technol. 130 (3e4) (2006) 137-171.
[14] M.J. Taherzadeh, C. Niklasson, G. Liden, Acetic acid-friend or foe in anaerobicbatch conversion of glucose to ethanol by Saccharomyces cerevisiae, Chem.Eng. Sci. 52 (15) (1997) 2653-2659.
[15] N. Kosaric, A. Wieczorirek, G.P. Cosentono, R.J. Magee, Ethanol fermentation,in: H.J. Rehm, G. Reed (Eds.), Biotechnology, vol. 3, Verlag-Chemie, Weinheim,1983, pp. 257-385.
[16] C.G. Liu, C.E. Wyman, Partial flow of compressed hot water through corn stover to enhance hemicellulose sugar recovery and enzymatic digestibility of cellulose, Bioresour. Technol. 96 (18) (2005) 1978-1985.
[17] K. Kaur, U.G. Phutela, Improving paddy straw digestibility and biogas productionthrough chemical-microwave pretreatments, Agric. Sci. Dig. 34 (1)(2014) 8-14.
[18] N. Moseir, C. Wyman, B. Dale, R. Elander, Y.Y. Lee, M. Holtzapple, M. Ladisch, Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass, Bioresour. Technol. 96 (6) (2005) 673-686.
[19] U.G. Phutela, K. Kaur, M. Gangwar, N.K. Khullar, Effect of Pleurotusflorida on paddy straw digestibility and biogas production, Int. J. Life Sci. 6 (1) (2012)14-19.
[20] S.G. Pavlostathis, J.M. Gossett, Alkaline treatment of wheat straw for increasing anaerobic biodegradability, Biotechnol. Bioeng. 27 (1985) 334e344.
[21] L.Z. Xin, M. Kumakura, Effect of radiation pretreatment on enzymatic hydrolysis of rice straw with low concentrations of alkali solution, Bioresour. Technol. 43 (1993) 13-17.
[22] D. Liu, J.X. Liu, S.L. Zhu, X.J. Chen, Y.M.Wu, Histological investigation of tissuesand cell wall of rice straw influenced by pretreatment with different chemicalsand rumen degradation, J. Animal Feed Sci. 14 (2005) 373-387.
[23] V.N. Gunaseelan, Anaerobic digestion of biomass for methane production: A review, Biomass Bioenergy 13 (1-2) (1997) 83-114.
[24] Градова Н.Б. и др. Лабораторный практикум по общей микробиологии. - М., Наука 2001. - 131 с.
REFERENCES
[1] Sheina O.A., Sysoev V.A. Biokhimiia protsessa proizvodstva biogaza kak al'ternativnogo istochnika energii. Vestnik TGU. 2009. T.14, vyp.1. P. 73-76. (in Russ).
[2] Renewable Energy & Energy Efficiency Partnership (REEEP). Fresh Wind from Kazakhstan: New Renewable Energy Law. 2009. (in Eng).
[3] Mindubaev A.Z., Belostotskii D.E., Minzanova S.T., Mironov V.F., Alimova F.K., Mironova L.G., Konovalov A.I.
Metanogenez: biokhimiia, tekhnologiia, primenenie Uchenye zapiski Kazanskogo gosudarstvennogo universiteta.
Estestvennyenauki. 2010. V.152, book 2. P. 178-191. (in Russ).
[4] Yang S. S., Liu C.M., Liu Y.L. Estimation of methane and nitrous oxide emission from animal production sector in Taiwan during. Chemosphere. 2003. V.52, №8. P. 1381-1388. (in Eng).
[5] Morozov N.M. Napravleniia ratsional'nogo ispol'zovaniia energeticheskikh resursov v zhivotnovodstve. Tekhnika i oborudovanie dlia sela. 2004. №4. P.3-5. (in Russ).
[6] Ananiashvili G.D. Osnovy bioenergetiki i bioenergeticheskogo stroitel'stva v sel'skom khoziaistve: avtoref. dis. d-ra s.- kh. nauk. M., 1959. 29 p. (in Russ).
[7] Pauss, H. Naveau, E.J. Nyns, Biogas production, in: D.O. Hall, R.P. Overend (Eds.), Biomass: Regenerable Energy, Wiley-Interscience Publications, New York, 1987, pp. 273-291. (in Eng).
[8] Jonas J., Petrikova V. Vyuzitiexkrementuhospodarskychzvirat. Statnizemedelskenak- ladatelstvi (In Polish). Praha, 1988. (in Polish).
[9] B.L. Maiorella, Ethanol fermentation, in: M. Young (Ed.), Comprehensive Biotechnology, vol. 3, Pergamon Press, Oxford, 1985, pp. 861-914. (in Eng).
[10] D. Fengel, G. Wegener, Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions, De Gruyter, Berlin, 1984. (in Eng).
[11] B.C. Saha, Hemicellulose bioconversion, J. Ind. Microbiol.Biotechnol. 30 (2003)279-291. (in Eng).
[12] L. Laureano-Perez, F. Teymouri, H. Alizadeh, B.E. Dale, Understanding factorsthat limit enzymatic hydrolysis of biomass, Appl. Biochem. Biotechnol. 121e124 (2005) 1081-1099. (in Eng).
[13] P.J. Van Soest, Rice straw, the role silica and treatments to improve quality, Animal Feed Sci. Technol. 130 (3-4) (2006) 137-171. (in Eng).
[14] M.J. Taherzadeh, C. Niklasson, G. Liden, Acetic acid-friend or foe in anaerobicbatch conversion of glucose to ethanol by Saccharomyces cerevisiae, Chem.Eng. Sci. 52 (15) (1997) 2653-2659. (in Eng).
[15] N. Kosaric, A. Wieczorirek, G.P. Cosentono, R.J. Magee, Ethanol fermentation,in: H.J. Rehm, G. Reed (Eds.), Biotechnology, vol. 3, Verlag-Chemie, Weinheim,1983, pp. 257-385. (in Eng).
[16] C.G. Liu, C.E. Wyman, Partial flow of compressed hot water through corn stover to enhance hemicellulose sugar recovery and enzymatic digestibility of cellulose, Bioresour. Technol. 96 (18) (2005) 1978-1985. (in Eng).
[17] K. Kaur, U.G. Phutela, Improving paddy straw digestibility and biogas productionthrough chemical-microwave pretreatments, Agric. Sci. Dig. 34 (1) (2014) 8-14. (in Eng).
[18] N. Moseir, C. Wyman, B. Dale, R. Elander, Y.Y. Lee, M. Holtzapple, M. Ladisch, Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass, Bioresour. Technol. 96 (6) (2005) 673-686. (in Eng).
[19] U.G. Phutela, K. Kaur, M. Gangwar, N.K. Khullar, Effect of Pleurotusflorida on paddy straw digestibility and biogas production, Int. J. Life Sci. 6 (1) (2012)14-19. (in Eng).
[20] S.G. Pavlostathis, J.M. Gossett, Alkaline treatment of wheat straw for increasing anaerobic biodegradability, Biotechnol. Bioeng. 27 (1985) 334e344. (in Eng).
[21] L.Z. Xin, M. Kumakura, Effect of radiation pretreatment on enzymatic hydrolysis of rice straw with low concentrations of alkali solution, Bioresour. Technol. 43 (1993) 13-17. (in Eng).
[22] D. Liu, J.X. Liu, S.L. Zhu, X.J. Chen, Y.M.Wu, Histological investigation of tissuesand cell wall of rice straw influenced by pretreatment with different chemicalsand rumen degradation, J. Animal Feed Sci. 14 (2005) 373-387. (in Eng).
[23] V.N. Gunaseelan, Anaerobic digestion of biomass for methane production: A review, Biomass Bioenergy 13 (1-2) (1997) 83-114. (in Eng).
[24] Gradova N.B. i dr. Laboratornyi praktikum po obshchei mikrobiologii. M., Nauka 2001. - 131 p. (in Russ).
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СЫРЬЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ВЫХОДА БИОГАЗА
'ЖН. Кайпова, 'М.И Сатаев, 2С.Н. Редюк, 3А.В. Гарабаджиу, 'КЖ. Муталиева
('Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауэзова, Тауке хан 5, Шымкент, Казахстан 2Университет Южно-Методистский, штат Даллас, США
3Санкт-Петербургский государственный технологический институт, г. Санкт-Петербург Российская Федерация Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменениям климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность широкого использования нетрадиционных и возобновляемых видов энергии.
Целью настоящего исследования было повышение усвояемости целлюлозо-и лигносодержащих отходов, таких как солома различных растений (пшеничная, рисовая, ячменная и др.), и увеличение выхода биогаза, с помощью предварительной обработки гидроксидом натрия (Na0H) и микроволновыми облучениями. Лигно- целлюлозосодержащие отходы предварительно обрабатывали с помощью Na0H путем вымачивания в течение суток при различных концентрациях NaOH (1,2, 3, 4, 6, 8%) и дополняя микроволновым облучением (30 мин, 720 Вт, 180 0С). Было установлено, что наилучшая предварительная обработка происходит в 4% ном растворе NaOH и 30 минутном микроволновом облучении, в результате которого происходит 70,0% -ное снижение содержания лигнина и 89%
снижение содержания диоксида кремния. Это увеличило усвояемость за счет сокращения содержания лигнина и кремнезема, что привело к увеличению производства биогаза до 60%. Электронная микроскопия предварительно обработанной соломы выявило разрушение лигноцеллюлозной структуры в результате разрывания различных слоев клеточной стенки соломы и другого растительного сырья.
Ключевые слова: биомасса, микроскопия, солома, диоксид кремния, лигнин.
Поступила 23.05.2016 г.
