DOI 10.35776/MNP.2020.01.07
УДК 628.316.12:546.1:665.753.4

Кофман В. Я.

Разработка перспективных способов обработки сточных вод с извлечением энергии в КНР и Индии (обзор)

Аннотация

В КНР ведутся активные исследования по разработке технологии ферментации избыточного активного ила с получением водорода. Процесс анаэробной ферментации состоит из трех основных стадий: гидролиз, образование водорода и кислот, образование метана. На стадии гидролиза происходит образование низкомолекулярных веществ  из высокомолекулярного крахмала, волокон и белков. На стадии образования водорода и кислот гидрогеногенные и ацидогенные бактерии ферментируют низкомолекулярные вещества с образованием ряда органических кислот, водорода и диоксида углерода. На стадии образования метана метаногенные бактерии метаболизируют продукты, образовавшиеся на предыдущих стадиях с выделением метана и диоксида углерода. В результате получить водород можно только путем ингибирования активности метаногенных бактерий, не оказывая при этом воздействия на активность гидрогеногенных бактерий. С учетом этих обстоятельств разрабатывают способы интенсификации производства биоводорода. Основные усилия в данной области направлены на поиск штаммов с высокой эффективностью анаэробной ферментации. Другим направлением является выбор способа  предварительной обработки активного ила из числа тепловой, кислотной, щелочной, СВЧ-обработки, стерилизации и ультразвуковой обработки. Значительные перспективы связывают с использованием консорциума микроорганизмов и смешанного субстрата,  содержащего наряду с осадками сточных вод пищевые отходы, солому или навоз. В Индии получило развитие направление обработки сточных вод различных промышленных производств с получением обогащенной липидами биомассы для последующего производства биодизельного топлива. Исследования проведены с использованием бактерий Rhodococcus opacus, дрожжей Rhodosporidium kratochvilovae и микроводорослей Desmodesmus sp.

Ключевые слова

сточные воды , избыточный активный ил , биодизельное топливо , биоводород , анаэробная ферментация , гидрогеногенные бактерии , бактерии Rhodococcus opacus , дрожжи Rhodosporidium kratochvilovae , микроводоросли Desmodesmus sp. , внутриклеточное накопление липидов

Дальнейший текст доступен по платной подписке.
Авторизуйтесь: введите свой логин/пароль.
Или оформите подписку

Список цитируемой литературы

1. Yao Z., Su W., Wu D., et al. A state-of-the-art review of biohydrogen producing from sewage sludge. International Journal of Energy Research, 2018, v. 42, no. 14, рр. 4301–4312.
2. Liu H., Wang J., Liu X., et al. Acidogenic fermentation of proteinaceous sewage sludge: effect of pH. Water Research, 2012, v. 46 (3), pp. 799–807.
3. Khanal S. K., Chen W., Li L., Sung S. Biohydrogen production in continuous-flow reactor using mixed microbial culture. Water Environment and Research, 2006, v. 1, pp. 110–117.
4. Wang J., Wan W. Comparison of different pretreatment methods for enriching hydrogen-producing bacteria from digested sludge. International Journal of Hydrogen Energy, 2008, v. 33 (12), pp. 2934–2941.
5. Chen C, Lin C, Lin M. Acid-base enrichment enhances anaerobic hydrogen production process. Applied Microbiology and Biotechnology, 2002, v. 58, pp. 224–228.
6. Assawamongkholsiri T., Reungsang A., Pattra S. Effect of acid, heat and combined acid-heat pretreatments of anaerobic sludge on hydrogen production by anaerobic mixed cultures. International Journal of Hydrogen Energy, 2013, v. 38 (14), pp. 6146–6153.
7. Cai M., Liu J., Wei Y. Enhanced biohydrogen production from sewage sludge with alkaline pretreatment. Environmental Science and Technology, 2004, v. 38 (11), pp. 3195–3202.
8. Thungklin P., Reungsang A., Sittijunda S. Hydrogen production from sludge of poultry slaughterhouse wastewater treatment plant pretreated with microwave. International Journal of Hydrogen Energy, 2011, v. 36 (14), pp. 8751–8757.
9. Xiao B., Liu J. Biological hydrogen production from sterilized sewage sludge by anaerobic self-fermentation. Journal of Hazardous Materials, 2009, v. 168 (1), pp. 163–167.
10. Guo Y., Kim S., Sung S., Lee P. Effect of ultrasonic treatment of digestion sludge on bio-hydrogen production from sucrose by anaerobic fermentation. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, v. 35 (8), pp. 3450–3455.
11. Wang C., Chang C., Chu C., et al. Producing hydrogen from wastewater sludge by Clostridium bifermentans. Journal of Biotechnology, 2003, v. 102 (1), pp. 83–92.
12. Yin Y., Wang J. Biohydrogen production using waste activated sludge disintegrated by gamma irradiation. Applied Energy, 2015, v. 155, pp. 434–439.
13. Lay J., Fan K., Chang J., Ku C. Influence of chemical nature of organic wastes on their conversion to hydrogen by heat-shock digested sludge. International Journal of Hydrogen Energy, 2003, v. 28, pp. 1361–1367.
14. Li H., Chen Z., Huo C., et al. Effect of bioleaching on hydrogen-rich gas production by steam gasification of sewage sludge. Energy Conversion and Management, 2015, v. 106, pp. 1212–1218.
15. Wang D., Zeng G., Chen Y., Li X. Effect of polyhydroxyalkanoates on dark fermentative hydrogen production from waste activated sludge. Water Research, 2015, v. 73, pp. 311–322.
16. Lin C., Lay C. Carbon/nitrogen-ratio effect on fermentative hydrogen production by mixed microflora. International Journal of Hydrogen Energy, 2004, v. 29 (1), pp. 41–45.
17. Kim M., Yang Y., Morikawa-Sakura M. S., et al. Hydrogen production by anaerobic co-digestion of rice straw and sewage sludge. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, v. 37 (4), pp. 3142–3149.
18. Zheng H., Guo W., Yang S., et al. Thermophilic hydrogen production from sludge pretreated by thermophilic bacteria: analysis of the advantages of microbial community and metabolism. Bioresource Technology, 2014, v. 172, pp. 433–437.
19. Wang J., Wan W. Comparison of different pretreatment methods for enriching hydrogen-producing bacteria from digested sludge. International Journal of Hydrogen Energy, 2008, v. 33 (12), pp. 2934–2941.
20. Li C., Fang H. Inhibition of heavy metals on fermentative hydrogen production by granular sludge. Chemosphere, 2007, v. 67 (4), pp. 668–673.
21. Dong B., Xia Z., Sun J., et al. The inhibitory impacts of nano-graphene oxide on methane production from waste activated sludge in anaerobic digestion. Science of the Total Environment, 2019, v. 646, pp. 1376–1384.
22. Han W., Liu D., Shi Y., et al. Biohydrogen production from food waste hydrolysate using continuous mixed immobilized sludge reactors. Bioresource Technology, 2015, v. 180, pp. 54–58.
23. Kumar S., Gupta N., Pakshirajan K. Simultaneous lipid production and dairy wastewater treatment using Rhodococcus opacus in a batch bioreactor for potential biodiesel application. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2015, v. 3 (3), pp. 1630–1636.
24. Goswami L., Kumar R. V., Pakshirajan K., Pugazhenthi G. A novel integrated biodegradation – microfiltration system for sustainable wastewater treatment and energy recovery. Journal of Hazardous Materials, 2019, v. 365, pp. 707–715.
25. Monash P., Pugazhenthi G. Effect of TiO2 addition on the fabrication of ceramic membrane supports: A study on the separation of oil droplets and bovine serum albumin (BSA) from its solution. Desalination, 2011, v. 279 (1–3), pp. 104–114.
26. Goswami L., Kumar R. V., Manikandan N. A., Pakshirajan K., Pugazhenthi G. Simultaneous polycyclic aromatic hydrocarbon degradation and lipid accumulation by Rhodococcus opacus for potential biodiesel production. Journal of Water Process Engineering, 2017, v. 17, pp. 1–10.
27. Goswami L., Namboodiri M. T., Kumar R. V., et al. Biodiesel production potential of oleaginous Rhodococcus opacus grown on biomass gasification wastewater. Renewable Energy, 2017, v. 105, pp. 400–406.
28. Patel A., Arora N., Pruthi V., Pruthi P. Biological treatment of pulp and paper industry effluent by oleaginous yeast integrated with production of biodiesel as sustainable transportation fuel. Journal of Cleaner Production, 2017, v. 142, pp. 2858–2864.
29. Behl K., Joshi M., Sharma M., et al. Performance avaluation of isolated electrogenic microalga coupled with graphene oxide for decolorization of textile dye wastewater and subsequent lipid production. Chemical Engineering Journal, 2019, v. 375, pp. 121950.