Біотехнологічна утилізація опалого листя

Abstract

Зростання обсягів целюлозовмісних відходів становить значну загрозу для навколишнього середовища, оскільки їх спалювання супроводжується викидами токсичних компонентів. Актуальним є пошук нових підходів до утилізації відходів рослинного походження, що мало б не лише екологічний, але і економічний ефект. Метою наших досліджень було вивчення метанової ферментації опалого листя для отримання якісного та дешевого біогазу, а також збродженої маси для стимулювання проростання насіння. У статті розглянуто можливість використання опалого листя як енергетичного джерела для виробництва біогазу з отриманням цінного біостимулятору. Досліди проводили на лабораторній установці (метантенк та газгольдер). Якісний склад біогазу визначали прискореним методом: пропусканням його через 10 %-ий розчин натрію гідроксиду. У результаті досліджень виявлено, що целюлозовмісні відходи (опале листя) піддаються метановій ферментації у періодичному режимі за температури 45 °С. Доза завантаження листя становила 10 % від загального об’єму культуральної рідини. Бродіння тривало 25 діб, ефективність біотрансформації сухих речовин досягла 82 %. Показник рН суміші у метантенку зріс від 6,3 до 8,1. Встановлено, що вихід біогазу в результаті метанової ферментації опалого листя становив 350 дм3 із 1 кг сухих речовин. Вміст метану у біогазі досягав 65 %, що свідчить про повноцінність використання його як альтернативного палива. Досліджено ефективність біомаси, що утворюється в умовах анаеробного зброджування опалого листя для стимулювання проростання насіння. Обробка насіння газонних трав, зокрема пажитниці багаторічної (Lolium perenne L.) та костриці червоної (Festuca rubra L.) біостимулятором забезпечує підвищення на 25 % енергії проростання порівняно з контролем. Висота сходів та довжина корінців під впливом біостимулятору збільшувалася на 28–46 % порівняно з контролем. Перспективним у подальшому є дослідження метанової ферментації сільськогосподарських целюлозовмісних відходів, зважаючи на їх обсяг та значний енергетичний потенціал.

Increase in volume of cellulose-containing waste poses a significant threat to the environment as their burning is accompanied by the emission of toxic components. It is important to find new approaches to the utilization of vegetable waste, which would have not only environmental but also economic effects. The purpose of our research was the study of methane fermentation of fallen leaves for production of high-quality and cheap biogas, as well as fermented mass for stimulation of seed germination. The authors of the article considers the possibility of using fallen leaves as an energy source for biogas production with the production of a valuable biostimulator. The experiments were carried out at a laboratory facility (methane tank and gas holder). The qualitative composition of biogas was determined by the accelerated method: passing it through a 10 % solution of sodium hydroxide. The research showed that cellulose-containing waste (fallen leaves) is subjected to periodic methane fermentation at 45 °C. The loading dose of the leaves was 10 % of the total volume of the culture fluid. Fermentation lasted 25 days, the efficiency of biotransformation of solids reached 82 %. The pH of the mixture in the methane tank increased from 6,3 to 8,1. The authors determined that biogas yield of fallen leaf as a result of methane fermentation was 350 dm3 per 1 kg of dry matter. Methane content in biogas reached 65 %, indicating that it is worth using as an alternative fuel. The effectiveness of biomass produced under conditions of anaerobic fermentation of fallen leaves for stimulation of seed germination was under research. Processing of lawn seeds, including perennial ryegrass (Lolium perenne L.) and red fescue (Festuca rubra L.) with the biostimulator provides a 25 % increase in germination energy compared to control Stem height and root length under the influence of biostimulator increased by 28–46 % compared to the control. The prospect of further research is methane fermentation of agricultural cellulose-containing wastes, due to their volume and considerable energy potential.

Рост объемов целлюлозосодержащих отходов представляет значительную угрозу для окружающей среды, поскольку их сжигания сопровождается выбросами токсичных компонентов. Актуальным является поиск новых подходов к утилизации отходов растительного происхождения, должно не только экологический, но и экономический эффект. Целью наших исследований было изучение метановой ферментации опавших листьев для получения качественного и дешевого биогаза, а также сброженной массы для стимулирования прорастания семян. В статье рассмотрена возможность использования опавших листьев в качестве энергетического источника для производства биогаза с получением ценного биостимулятора. Опыты проводили на лабораторной установке (метантенк и газгольдер). Качественный состав биогаза определяли ускоренным методом: пропусканием его через 10%-ный раствор натрия гидроксида. В результате исследований выявлено, что целлюлозосодержащих отходов (опавшие листья) подвергаются метановой ферментации в периодическом режиме при температуре 45 ° С. Доза загрузки листья составляла 10% от общего объема культуральной жидкости. Брожение продолжалось 25 суток, эффективность биотрансформации сухих веществ достигла 82%. Показатель рН смеси в автоклаве вырос с 6,3 до 8,1. Установлено, что выход биогаза в результате метановой ферментации опавших листьев составил 350 дм3 с 1 кг сухих веществ. Содержание метана в биогазе достигал 65%, что свидетельствует о полноценности использования его как альтернативного топлива. Исследована эффективность биомассы, образующейся в условиях анаэробного сбраживания опавших листьев для стимулирования прорастания семян. Обработка семян газонных трав, в частности райграса многолетнего (Lolium perenne L.) и овсяницы красной (Festuca rubra L.) биостимулятором обеспечивает повышение на 25% энергии прорастания сравнению с контролем. Высота лестницы и длина корешков под влиянием биостимулятора увеличивалась на 28-46% по сравнению с контролем. Перспективным в дальнейшем является исследование метановой ферментации сельскохозяйственных целлюлозосодержащих отходов, учитывая их объем и значительный энергетический потенциал.