Құрамында органикалық заттары басым өндірістік қалдықтарды биотехнологиялық әдістермен қайта өңдеу

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 20 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық технологиялық зерттеу университеті

Қ. Тұрысов атындағы геология және мұнай-газ ісі институты

Химиялық және биохимиялық инженерия кафедрасы

Калдибаева Куралай Жарылкасыновна

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
Тақырыбы: Құрамында органикалық заттары басым өндірістік қалдықтарды биотехнологиялық әдістермен қайта өңдеу

5В070100 - Биотехнология мамандығы

Алматы 2022
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық технологиялық зерттеу университеті

Қ. Тұрысов атындағы геология және мұнай-газ ісі институты

Химиялық және биохимиялық инженерия кафедрасы

ҚОРҒАУҒА ЖІБЕРІЛДІ
Химиялық және Биохимиялық Инженерия
Кафедра меңгерушісі
PhD докторы
______________ Амитова.А.А. ___ ____________ 2022 ж

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
Тақырыбы: Құрамында органикалық заттары басым өндірістік қалдықтарды биотехнологиялық әдістермен қайта өңдеу

5В070100 - Биотехнология мамандығы бойынша

Орындаған
Калдибаева К.Ж.

Ғылыми жетекші
б.ғ.д. профессор: Еликбаев Б.К.

Алматы 2022

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық технологиялық зерттеу университеті

Қ. Тұрысов атындағы Геология және мұнай-газ ісі институты

Химиялық және биохимиялық инженерия кафедрасы

5В070100 - Биотехнология

БЕКІТЕМІН
Химиялық және Биохимиялық Инженерия
Кафедра меңгерушісі
PhD докторы
_______ Амитова.А.А.
___ ____________ 2022 ж

Дипломдық жоба орындауға
ТАПСЫРМА
Білім алушы:
Тақырыбы Құрамында органикалық заттары басым өндірістік қалдықтарды биотехнологиялық әдістермен қайта өңдеу
Университет Ректорының 2022 жылғы "" қараша № бұйрығымен бекітілген
Аяқталған жұмысты тапсыру мерзімі 2022 жылғы
Дипломдық жобада қарастырылатын мәселелер тізімі:
а)
ә)
б)
Ұсынылатын негізгі әдебиет: атау

Дипломдық жұмысты дайындау
КЕСТЕСІ

Бөлімдер атауы, қарастырылған мәселелер тізімі
Ғылыми жетекші мен кеңесшілерге көрсету мерзімдері
Ескерту
Әдебиетке аналитикалық шолу
Қаңтар
Орындалды
Материалдар мен әдістер
Ақпан
Орындалды
Зерттеу қорытындылары: лабораториялық жұмыстар
Наурыз
Орындалды

Дипломдық жұмыс бөлімдерінің кеңесшілері мен норма бақылаушыларының
аяқталған жұмысқа қойылған
қолтаңбалары

Бөлімдер атауы
Кеңесшілер аты, әкесінің аты, тегі
(ғылыми дәрежесі, атағы)
Қол қойылған күн
Қолы
Норма бақылау

Ғылыми жетекші
Еликбаев Б.К
Тапсырманы орындауға алған білім алушы
Калдибаева К.Ж

АҢДАТПА

Тақырыбы: Құрамында органикалық заттары басым өндірістік қалдықтарды биотехнологиялық әдістермен қайта өңдеу
Кілт сөздер: Өндірістік қалдықтар, органикалық қалдықтар, биотехнологиялық әдістер, қайта өңдеу, микроорганизмдер, топырақ, кампост, биогаз, биогумус
Мақсаты: Органикалық заттары басым қалдықтарды биотехнология әдісімен қайта өңдеп шығару
Зерттеу нысаны: Топыраққа төгілген құрамында органикалық заттары басымырақ қалдықтарды қайта өңдеу
Міндеттері

АННОТАЦИЯ

ANNOTATION

МАЗМҰНЫ

Кіріспе

1
Әдебиеттік шолу

1.1
Органикалық қалдықтар

1.2
Қазақстандағы органикалық қалдықтардың мөлшері

1.3
Органикалық қалдықтарды қайта өңдеудегі биотехнологиялық әдістері

1.4
Компостинг

1.5
Вермикомпастинг

1.6
Анаэробты биореакторларда метанды жинақтау

1.7
Биотехнологиялық әдістердің артықшылықтары мен кемшіліктері

1.8
Активтендірілген тұнба

2
Материалдар мен әдістер

3
Зертханалық қорытындылар

4
Қорытынды

5
Пайдаланылған әдебиеттер

КІРІСПЕ

Қоршаған ортаға органикалық заттары басым қалдықтардың зияны өте көп. Адамның денсаулығына кері әсерін тигізеді, қоршаған ортаны ластап нашарлатады, озон қабатынада жаман әсерін тигізеді, бұлардың бәрі қалдықтарды дұрыс қолданылмағаны. Сондықтан құрамында органикалық заттары бар қалдықтарды дұрыс қолдана білу керек, қайта өңдеу қажет. Қайта өңдеуге көптеген биотехнологиялық әдістер бар,оның біреуі компостинг әдісі. Бұл әдіс тамақ қалдықтарын өңдеу арқылы тыңайтқыш алуға мүмкіндік береді. Органикалық қалдықтарды қайта өңдеуді іске асыратын бактериялардың өмірлік белсенділігінің арқасында, топырақтың сапасын жақсартатын қоспа пайда болады.

1 ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ

1.1 Органикалық қалдықтар

Органикалық қалдықтар дегеніміз - тірі тіршілік иесінен шыққан не болмаса олардың бір бөлігі.
Органикалық қалдықтардың түрлері:
1. Қағаздар немесе картондардың қалдығы;
2. Азық-түліктер қалдығы,яғни көкөністердің қалдықтары,жеміс-жидектердің қалдықтары, ашыған сүт өнімдері, майлар, сүйек қалдықтары, нанның қалдықтары жатады.
3. Өсімдіктердің, бұталардың кесілген қалдықтары
4. Тірі тіршілік иесінің, яғни адамдар мен жан-жануарлардың денесіндегі қалдықтар(тырнағы, шашы, нәжісі т.б.).

Органикалық қалдықтардан сутегі алу технологиясы, егер басқа органикалық заттарды субстрат ретінде тиімді пайдалану мүмкін болмаса, айтарлықтай шектеулі болады. Сондықтан күрделі субстраттарды қолдану, соның ішінде құрамында майлар мен ақуыздар бар, бұл технологияның тиімділігі мен практикалық қолданылуын едәуір арттырады.
Жоғары өнімді сутегі өндіретін микробтық биомассаны алу үшін тиісті микроорганизмдердің көзі ретінде ашытылған, малдың көңі, әртүрлі субстраттардан алынған компосттар қолданылды. Көптеген авторлар таза және аралас микробтық дақылдарды алды, негізінен Clostridium және Enterobacter тектес көмірсутекті ыдырататын бактериялардан тұрады. Алынған инокуляттардың практикалық қолданылуы үшін сутегі өнімділігі жоғары күрделі органикалық ластаушы заттардың ыдырауына қабілетті микробтық дақылдарды оқшаулау бойынша зерттеулер қажет.[ . Li C.L.Fermentative hydrogen production from wastewater and solid wastes by mixed cultures Crit RevEnv Sci Technol. 2007. № 37. P. 1-39.]
Қазақстанда жинақталған қатты тұрмыстық қалдықтардың (ҚТҚ) жиынтық көлемі шамамен 100 миллион тоннаны құрайды. Жыл сайын қосымша 5-6 миллион тоннаға жуық ҚТҚ түзіледі. Сонымен қатар, қазіргі уақытта қалдықтардың көпшілігі полигондарға сұрыптаусыз шығарылады. Полигондар саны өсуде, олардың барлығы Қазақстанда апатты үйінділерді қоса алғанда, 4 мыңға жуық.[ Операция "Утилизация". Как в Казахстане решить проблему отходов. [Электронный ресурс] URL: https:www.caravan.kzgazetaopera ciya-utilizaciya-kak-v-kazakhstane- reshit-problemu-otkhodov-395062 04.04.2018 г.]

1.2. Қалдықтарды басқару - сұйық және қатты қалдықтарды биотехнологиялық қайта өңдеу жолдары

Қатты қалдықтарға: қоқыстар, қатты өнеркәсіптік қалдықтар, минералды қалдықтар және жануар тектес, өсімдік тектес қалдықтар, сұйық қалдықтарға: өнеркәсіптік ағындылар, ағынды сулар жатады.
Жалпы қатты қалдықтарды органикалық (биологиялық ыдырайтын) және бейорганикалық деп бөлуге болады. Органикалық қалдықтар (биологиялық ыдырайтын қатты қалдықтар) анаэробты және аэробты бактерияларға ұшырайды. Жалпы қалдықтар адам өміріне зиян келтіруі әбден мүмкін, ал биотехнологиялық әдістер олардың әсер етуін төмендету үшін тиімді, қаржылай тиімді әдіс ретінде қолданылады.
Биотехнологиялық әдістер:
1.Компосттау;
2. Вермикомпасттау;
3. сүрлемдеу;
5. Анаэробты биореакторларда метанды жинақтау.

1.3 Компостинг әдісі

Компостинг әдісі органикалық қалдықтарды қайта пайдалануға мүмкіндік беретін әдістердің қатарына жатады. Органикалық қалдықтардың ыдырауы кезінде қоректік заттардың жоғалуын төмендетуіне және өсімдіктер үшін басқалардың құрамындағы қоректік заттардың қол жетімділігін арттыруға мүмкіндік беретін әдіс. Компостингте пайдаланылатын қалдықтар қаладағы қоқыстардан бастап, өсімдік қалдықтары мен мал шаруашылығы қалдықтары, белсенді тұнба және ағынды суларды тазарту секілді біртекті субстраттарға дейін өзгереді. Табиғи жағдайда бұл процесс баяу жүреді. [Мирнов С.Ю., Протасова М.В., Проценко Е.П., Балабина Н.А, Лукьянчикова О.В., Технологические направления по переработке органических отходов Промышленные биотехнологии, 2017. - С. 1-2]
Азық-түлік қалдықтарында биологиялық ыдырайтын органикалық қосылыстардың жоғары үлесі бар және дұрыс өңделмеген жағдайда ластаушы заттардың шайылуы нәтижесінде гигиеналық қауіптер, иіс және жер асты суларының ластануын тудыруы мүмкін. Компосттау органикалық қалдықтарды айналдырудың таза және өміршең әдісі ретінде қарастырылады және көбінесе тамақ қалдықтарын кәдеге жарату және қоректік заттарды қайта өңдеуге қол жеткізу үшін қолданылады. [Zhang, Y. , Zhao, Y. , Chen, Y., Lu, Q., Li, M., Wang, X., et al (2016) Регулирующий способ снижения потерь азота на основе обогащенных аммиакокисляющих бактерий при компостировании. Bioresour Technol 221: 276-283.]
Қалдықтарды компасттау ол микроорганизмдердің көмегімен органикалық қалдықтарды түрлендіру және ыдырату.Бұл әдістің мақсаты-қалдықтарды тыңайтқышқа қайта өңдеу және оларды зарарсыздандыру.Көбіне бұл әдіс органикалық қалдықтарды (шабылған шөптер,ағаштар және бұталар) өңдеуге қолданылады,бірақ тамақтың қалдықтарында қайта өңдеу технологиясыда бар.[ . Назаретова И.А., Верников Д.А., Инновации в отраслях народного хозяйства,как фактор решения социально-экономических проблем современности: сб. докл. и материалов 2 Междунар. Науч.-практ (Москва 5-6 декабря 2012г.). М.: МГУ.2012. С.453-457.] Компостты дайындау ыдырау процесіне негізделген. Бұл процесс барысында органикалық массаның жеке массаларға ыдырауы ғана емес құрамдас бөліктері, сонымен қатар жаңа күрделі заттар пайда болады - биологиялық белсенді заттар және қарашірік.
Компостинг анаэробты (оттегі болмаған кезде) және аэробты жағдайда (оттегі болған кезде) пайда болуы мүмкін, бұл А. Д. Неклюдовтың, А. Н. Иванкиннің еңбектерінде айтылған[Неклюдов А.Д., Иванкин А.Н. Экологические основы производств. Взаимосвязь экологии, химии и биотехнологии. М.: МГУЛ, 2003. 365 с.] Анаэробты компостинг тезірек жүреді (жоғары температурада,иіссіз). Бұл мезофильді және термофильді бактерияларды қолдану арқылы жүреді.
Аэрация компост процесінде маңызды рөл атқарады, сонымен қатар бірқатар функцияларды орындайды:
1. компосттағы оттегінің концентрациясын қолдайды,
2.Ашыту процесінің жылдамдығын арттырады,
3.компосттың пісу процесін тездетеді,
4.сапасын жақсартады компост.
5.Белгілі бір ылғалдылықта, ауаға қол жеткізгенде, микроорганизмдер органикалық материалды ыдыратып, тіршілік энергиясын алады көміртектің көмірқышқыл газына тотығу процесі нәтижесінде. Тотығу процестері жану кезіндегідей жылу энергиясының едәуір мөлшерін шығарумен бірге жүреді. Барысында жетілу компост болып жатқан елеулі энергиясын түрлендіреді. Микроорганизмдер табиғи көміртегі қосылыстарын олардың өміріне қажетті заттар болғанша ыдыратады. Содан кейін олар өледі ,өз организмдерінің органикалық субстанциясын және алынған ыдырау өнімдерін басқа микроорганизмдердің тіршілігі үшін қамтамасыз етеді.
Органикалық қалдықтарды залалсыздандыру және биотехнологиялық әдістері.

Органикалық қалдықтар
Биотехнологиялық өңдеу әдісі
Көс және құс саңғырығы
Компостирлеу,вермикомпостирлеу,анал ьді биореакторларда ментанды ашыту т.б
Өсімдік қалдықтары
Компосттау,вермикомпасттау,сүрлемде у,анаэробты биореакторларда метанды жинақтау, биомодификациялау,бір клеткалы организмдердің ақуызын алу,биоотын алу т,б
Еріген органикалық заттарға (көмірсулар,майлар,ақуызға)бай қалдықтар.
Тамақ өнімдерін,бір клеткалы ағзалардың жемшөп ақуызын,биотопты және микробиологиялық және ферментативті қайта өңдеудің басқа да өнімдерін алу,анаэробты биореакторларда метанды ашыту.
Компоненттерін және құрамында май өнімдері алу,тұндырғыш ашытқы
Тағамдық және азықтық қоспаларды,биологиялық қатты ақуыз бар өнімдерді ,биологиялық белсенді заттарды,әртүрлі биологиялық қайта өңдеу.т.б
Жауын-шашын және белсенді тұнба тазарту қондырғыларында
Метантектерде және септитенктерде метанды шағылыстыру,компостирлеу,аэробты тұрақтандыру т.б
Қатты тұрмыстық қалдықтардың органикалық фракциясы
Компостирлеу,вермикомпостирлеу,сани тарлық лигондарда және полигондарда биореакторларда көму,анаэробты биореакторларда метанды ашыту.
[Биотехнология и микробиология анаэробной переработки органических коммунальных отходов. М., 2016., Прикладная экобиотехнология. М., 2012.]

Органикалық қалдықтарды өңдеудің үлкен өнеркәсіптік микробиологиялық процесіне келесілер жатады:
1.микробтық ақуызы көп немесе жалпы жем өнімін алу.
2.сүрлем
3.анаэробты ферментация
4.отынға биоконверсия(метанды ашыту,биогаз алу) [Прикладная экобиотехнология. М., 2012.]
Процесс төрт фазаға бөлінеді:
1. Мезофильді
2. Термофильді
3. Салқындату
4. Жетілу.
Бұл фазалардың температурасы, оттегінің қажеттілігі, микробтық қауымдастық құрылымы, тұрақтылығы, көміртегі, азот және рН профильдері әртүрлі. Бастапқы компост қоспасын дайындағаннан кейін мезофильді фаза басталады. Микробтар қоректік заттардың көзі ретінде оңай ыдырайтын органикалық заттарды пайдаланады. Нәтижесінде температура қоршаған орта температурасынан бірнеше сағаттан кейін немесе тіпті бірнеше күннен кейін, компосттың масштабына, бастапқы материалға және компостинг жағдайларына байланысты көтеріледі. Егер компост қоспасында қант сияқты еритін органикалық қосылыстар болса, органикалық қышқылдар осы қосылыстардың ашытуы кезінде пайда болуы мүмкін, бұл рН-ның қышқыл диапазонға түсуіне әкеледі. Алайда, рН органикалық қышқылдардың одан әрі ыдырауына, булануына және түзілуіне байланысты бұл диапазонда ұзақ уақыт қалмайды.NH3. Бұл фаза термофильді фазаны ашып, температура 55 ° C-қа жеткенге дейін созылады. Бұл кезең компосттау процесінде ең жоғары температураға ие.
Температура микробтық белсенділіктің көрсеткіші болғандықтан, термофильді фазаның бастапқы кезеңі ең жоғары белсенділік кезеңі болып саналады. Мезофильді микробтар температураға сезімтал және термофильді фаза кезінде сөндіріледі, ал термофильді микробтар микробтар қауымдастығында тұрады. Целлюлоза және гемицеллюлоза сияқты аз биологиялық ыдырайтын және күрделі органикалық заттар осы кезеңде биологиялық ыдырай бастайды. Құрамында азот бар органикалық заттардың деградациясы нәтижесінде пайда болған Аммиак рН жоғарылауын тудырады. [ФАО . Завод по производству биоудобрений. Мьянма: ФАО; 2002.]
Осы кезеңдегі жоғары температура сонымен қатар Escherichia coli және Salmonella sp. сияқты адам мен жануарлардың қоздырғыштарының көпшілігін жояды. Микроорганизмдердің белсенділігі қоректік элементтердің таусылуына байланысты баяулайды, бұл температураның төмендеуіне және салқындату және пісу фазасынан тұратын емдеу фазасының басталуына әкеледі. Салқындату фазасындағы температура мезофильді фазаға ұқсас, ал мезофильді организмдер осы кезеңде жақсы дамиды. Қолда бар қоректік заттардың көзі құрамында лигноцеллюлозды болып табылатын күрделі органикалық материалдар бар. Бұл күрделі материалдарды тұтынатын макрофагтар әдетте компостта көрінеді, ал рН сілтілі болып қалады, бірақ бейтарап диапазонға қарай аздап төмендейді. Салқындату кезеңі әдетте бірнеше аптаға созылады және оны пісу кезеңі, компост тұрақты және жетілген кездегі компосттау процесінің соңғы кезеңі деп оңай қателесуге болады. Соңғы өнім - жер иісі бар гумус тәрізді зат. Бұл кезеңде компосттың температурасы қоршаған орта температурасына ұқсас, ал рН бейтарап немесе аздап сілтілі. Компосттың пісіп жетілуі мен тұрақтылығын анықтау үшін бірнеше көрсеткіштер қолданылады, соның ішінде өну индексі мен ерігіштік қатынасы.[ Ван X, Сельвам A, Вонг JW. Влияние извести на образование струвита и сохранение азота при компостировании пищевых отходов. Bioresour Technol. 2016;217:227-232.]
Компосттау басқа да биологиялық процестер сияқты қоректік заттардың болуына және қоршаған орта жағдайларына байланысты. Бұл бөлімде процеске әсер ететін негізгі параметрлер, сондай-ақ қажет болған жағдайда тиімді компост жасаудың оңтайлы шарттары қарастырылады. 1-сурет осы параметрлерді жинақтайды және оларды бастапқыда реттелетіндер мен компосттау процесінде бақыланатын жәненемесе бақыланатындарға бөледі. Ылғалдылық, CN қатынасы, бөлшектердің өлшемі және кейбір жағдайларда рН бастапқыда микроорганизмдердің дамуы үшін қолайлы ортаны қамтамасыз ету үшін бақыланады. Бүкіл компосттау процесі барысында параметрлер бақыланады және бақыланады, соның ішінде процестің төрт сатысында микробтардың белсенділігіне әсер ететін оттегі мен ылғалдылық.
Компост кірістері және қоректік заттардың балансы Компосттағы микроорганизмдер көміртегі, азот, фосфор және калий сияқты макронутриенттерді, сонымен қатар маңызды металдар мен минералдарды қоса алғанда, микроэлементтерді қажет етеді. Бұл қоректік заттардың көзі осы микроорганизмдер үшін қолжетімді субстрат немесе шикізат болып табылады. Қарастырылатын тағы бір аспект - микроорганизмдердің субстраттарды қаншалықты оңай ыдыратуы. Мысалы, целлюлоза және лигнин сияқты рекальцитивті заттардың фруктозамен салыстырғанда ыдырауы ұзағырақ болады. Демек, ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.