Переробка ТПО та ТПВ після проведення сепарації ТПВ по групах
2. Ферментативні реакції слід розглядати як специфічні реакції, характерні для нелінійних нерівноважних процесів.
3. При розгляді ферментативного каталітичного акту слід виходити з припущення про можливість незалежного розгляду конформаційних та електронних стадій.
Нами експериментально було встановлено, що при біодеградації складних ефірів целюлози (точніше складних ефірів бавовняної та деревної целюлози – СЕХ та ДЦ) рН (логарифм концентрації водневих іонів) поступово зростає. Це вказано на рис. 9. Це спостерігається до певної межі. Вихідне значення рН СЕД та ХЦ"5,2,
Мал. 9. Зміна рН та температури біомаси у процесі біодеградації.
тобто. вихідний зразок, як відхід виробництва (на проміжній стадії до остаточного промивання, фугування та сушіння полімеру) був слабокислим. Потім у міру розкладання через 80-90 днів рН СЕД і ХЦ стає слаболужним і рівним "8-8,5. Тобто, в процесі ферментативного біорозкладання рН СЕД і ХЦ із слабокислої області переходить в слаболужну область і з'являється характерний запах сечі від полімеру, що розкладається. Далі в процесі біорозкладання рН СЕД і ХЦ приблизно через 5 місяців (150-155 діб) починає повільно знижуватися і це зниження відбувається до значення рН близького до нейтрального середовища. 15) відбуваються такі процеси:
1. Відбувається повільне зниження ступеня полімеризації вихідного полімеру (СЕД та ХЦ) (Див. роботу (15)).
2. Не відбувається відщеплення ацетильної групи -СН3СО на відміну від термостаріння (Порівняй роботи (15) та (22) наприкінці розділу у списку літератури).
Як показали дослідження із застосуванням віскозиметрії при біодеградації СЕД та ХЦ відбувається зниження молекулярної маси полімеру під впливом комплексного ферментативного целюлолітичного препарату целовіридину.
Спеціальні мікробіологічні дослідження, проведені за допомогою біологічного стереоскопічного мікроскопа МБС-9 (23) показали, що біомаса, приготовлена з ТПВ і ЦПВ з додаванням ферменту целовіридину і без добавок завжди уражена аеробними целюлозними міксобактеріями (Сімейство Promyxobactemiay 8)). Ці види являють собою гігантські клітини, що відрізняються між собою по довжині від 4-6m до 10-12m (див. рис. 10а і б).
Мал. 10 (а та б) Аеробні целюлозні міксобактерії на фоні біомаси. Сімейство Promyxobacteriaceae, клітини Cytophaga (Стереоскопічний мікроскоп МБС-9): а - біомаса зі штучним введенням ферментативного препарату; б – біомаса без введення препарату ферменту.
1. Препарати СЕД та ХЦ хоча й подрібнені, проте вони мають більш щільну мікро- та макроструктуру порівняно з різними целюлозними волокнами (ЦПВ тощо).
2. Препарати СЕД і ХЦ відрізняються від різних целюлозних волокон і хімічним складом, оскільки в процесі синтезу цих похідних целюлози відбуваються одночасно два процеси: макромолекулярна реакція, а саме деструкція макромолекул клітковини і реакція полімераналогічних перетворень - перетворення целюлози.
Як видно, це хоч і гіпотетична ймовірна модель "ядерної частини" гумусу, все ж таки слід звернути увагу, що вона включає ланцюг сполученого зв'язку, тобто. чергування одинарного "-" та подвійного "=" хімічного зв'язку. Це чергування простежується дуже чітко і,мабуть, така хоч і передбачувана будова обумовлює темно-буре майже чорне забарвлення гумусових речовин і характеризує складність, наявність багатьох функціональних груп.
Перевірені нами багаторазово прийоми екологічної біотехнології, потім були випробувані у досвідчених, дослідно-промислових умовах. Потім впроваджено виробництво на території очисних споруд і діяли протягом трьох років, аж до закриття виробництва на ВГЗ до 1994р. Далі значна частина прийомів екологічної біотехнології перевірялася та уточнювалася на території колективного саду "Нижнє Сільце 2". Отже, внаслідок великої багаторічної роботи, розпочатої у 1976 році (з деякими перервами) можна зробити такі висновки та дати практичні рекомендації.
1. Екологічна біотехнологія переробки фракції ТПВ (харчові відходи, відходи деревини, целюлозне волокно у вигляді паперу і картону), а також частина ТПО, що складається з деревних відходів, целюлозно-паперових і картонних відходів полягає в найсуворішому дотриманні. Вона полягає в ретельному і рівномірному змішуванні С-містить природного органічного компонента, що представляє собою ТЦБО, ТОСЕД і ХЦ, ТДО, ТПВ, що містять як найважливіші компоненти серію полісахаридів (у тому числі головний представник цього класу - целюлоза, омегосахариди і моносахариди) з N-вмісними органічними природними сполуками (у тому числі білками та продуктами їх розкладання, що представляють для фракції ТПВ кістки, залишки тканин тварин і риб (білки - носії азоту-N)). У разі використання як тільки С-вмісної фракції (наприклад, ТПО з деревини, паперу та картону) для правильного приготування біомаси необхідно внесення N-вмісного компонента в якостіякого служать як згадувалося раніше будь-які форми тваринного гною й у тому числі сечовина природного походження. Тут, як уже згадувалося раніше, не допускається внесення N-місткого компонента (гною) з небезпечною патогенною мікрофлорою та з мікрофауною (наприклад, з гельмінтофауною). Внесення N-містить компонента, крім азоту, завжди супроводжується внесенням ряду ферментів так необхідних для протікання нормального процесу екологічної біотехнології. Для прискорення протікання процесу в залежності від техніко-економічних міркувань та виходячи з ринкової потреби рекомендується введення комплексу ферментативних целюлолітичних препаратів у біомасу на початку приготування за умови ретельного перемішування їх у вихідній біомасі.
2. Співвідношення С-містить природного компонента з N-містить природним компонентом для всіх видів вихідної сировини завжди повинно строго перевірятися і складати С/N=30/1-25/1. Це найголовніше вихідне співвідношення для правильного перебігу всіх процесів біотехнології.
3. Усі компоненти біомаси перед змішуванням повинні піддаватися дробленню до розмірів не більше 1,4 см (максимум) для систем з перемішуванням та примусовою аерацією; і до 5 см (максимум) для харчових відходів, для целюлозно-паперових та картонних відходів; до 1-2 см для дрібних кісток при природній аерації.
4. Терміни біодеградації для різних N-вмісних компонентів (так званий час ферментації) (термін від початку змішування компонентів до можливого терміну внесення в ґрунт) наступні:
a. для свинячого гною - 12 місяців,
b. для кінського гною - 5-6 місяців,
c. для кролячого гною - 5-6 місяців,
d. для пташиного гною - 18-20 місяців,
e. для овечого та козячого гною - 6-7 місяців
f. для харчової фракції ТПВ, що зберігається за дотримання параметрів екологічної біотехнології - 12-13 місяців.
Для всіх видів целюлозосодержащих біологічних мас (компостів) при строгому дотриманні елементарного співвідношення С/N нами рекомендується додавати, як вже згадувалося, при перемішуванні комбінований целюлолітичний ферментативний препарат - целовіридин (який містить екзоглюкозидазу, ендоглюказу 64-13 -11-87 виробництва Приволзького біохімічного заводу, рекомендований Інститутом біохімії О.М. Баха РАН (лабораторія вуглеводів, А.А. Клесов, М.Л. Рабінович) та випробуваний нами та впроваджений у виробництво у 1991 році. Кількість препарату, що вводиться від 0,001 до 0,01% від загальної ваги біомаси. При додаванні ферментативного препарату терміни біодеградації маси значно скорочуються. Якщо препарат введений строго гомогенно при інтенсивному перемішуванні та витримуванні всіх параметрів екологічної біотехнології, при початковій вологості вихідної маси 60% протягом 2-3 тижнів для кращого транспорту ферментативного препарату і для більшого набухання всіх компонентів, що містять целюлозо, то терміни ферментації скорочуються значно.
5. Вільний обсяг компостного ряду становить 35-40%. Рекомендується проводити періодичне перелопачування компостного ряду, але при строгому дотриманні параметрів по ширині та висоті ряду, згаданих раніше. Аерація повітря на добу має становити 0,6-1,8 м3 на 1 кг маси. При змішуванні всіх компонентів можливе проведення штучної аерації на всій довжині ряду.
6. При переробці певних фракцій ТПО та ТПВ не можна допускати попадання важких металів Cd, Pb. Hg, Cr, Sn, Cu, Ag, Au у великій кількості. Особливо небезпечний Cd, що вже згадувалося. Крім того,не можна допускати, щоб у біомасу потрапляли навіть дрібні шматки полімерної плівки, отриманої з галоїдсодержащих поліолефінів (і зокрема неприпустиме потрапляння плівки з полівінілхлориду). Ці компоненти (носії хлору) можуть нести сліди ДО та ДПВ. Крім того, і це особливо важливо, в жодному разі не можна готувати біомасу з фракцій ТПВ або ТПО, що містять навіть у дуже невеликих кількостях відпрацьовані хімічні джерела струму від портативних магнітофонів, радіоприймачів, дозиметричних приладів тощо. Всі ці хімічні джерела струму є потенційними генераторами утворення хлору та відповідно галоїдованих ДО та ДПВ – хімічного СНІДу 20-го століття. Тому при найменших ознаках наявності вищезгаданих включень у ТПВ та ТПО ці надходження можуть бути перероблені тільки в апаратах системи "Пурвокс" або в електротермічному генераторі при температурі +1200-1400°С протягом не менше 4-7 годин для руйнування ДО та ДПЗ. Якщо температура переробки цих включень нижче, то відбуватиметься не руйнування галоїдованих ДО та ДПВ, а при +800-900°С їх синтез. Так бромсодержащие ДО і ДПВ синтезуються саме за цих температурах. Ось чому важливим є дотримання температурних і часових параметрів процесу розкладання (особливо відпрацьованих хімічних джерел струму) таких відходів. Крім того, носієм галоїдованих ДО і ДПВ можуть бути целюлозосодержащіе компоненти і особливо ті, які в процесі технологічних обробок піддавалися хімічному відбілюванню хлором і його сполуками. Однак зараз через значне скорочення, а в деяких розвинених країнах і повне вилучення хлору з хімічних технологій отримання целлюлозосодержащих продуктів ймовірність попадання хлору з паперу та інших ЦПВ практично зведена до мінімуму (2). Це мидокладно розглянемо у наступних розділах.
7. Не можна допускати, щоб у біомасу потрапляли разом із побутовими відходами мертві тканини та окремі трупи тварин, пов'язки з лікарняних закладів, відходи хірургії, стоматології тощо. Не можна допускати потрапляння біологічних відходів із науково-дослідних організацій. Не можна допускати попадання в ТПВ радіоактивних відходів усіх видів навіть у