Учені відділу біології екстремофільних мікроорганізмів Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України під керівництвом завідувача цього відділу доктора технічних наук, професора Олександра Таширева розробили метод прискореної біоремедіації звалищ побутових органічних відходів з отриманням біопалива. Карбоновмісне паливо (природний газ, кам’яне вугілля тощо) – одне з найпоширеніших у господарстві. Швидкий розвиток промисловості призводить до зростання потреби в його використанні, а отже, й до стрімкого зменшення запасів цього ресурсу. Альтерантивою є використання біометану, отриманого в результаті метанового зброджування органічних сполук. Такий метан можна застосовувати для отримання теплової та електричної енергії.
Поряд із цим, вирішення на світовому рівні потребує проблема накопичення величезних об’ємів органічних відходів (харчових, сільськогосподарських тощо). Щороку маса таких відходів перевищує 1 млрд тон. На відміну від довготривалого процесу їх компостування чи екологічно небезпечного спалювання, метанове зброджування органічних відходів – це перспективний шлях вирішення екологічної та енергетичної проблем. Звалища побутових відходів є місцем їх спонтанного та неконтрольованого гниття, внаслідок чого синтезується метан, який після очищення може використовуватись або трансформуватися в електроенергію.
Розроблення біотехнологій регульованого зброджування органічних відходів звалищ дозволить збільшити вихід метану, ефективність деструкції відходів. Це, своєю чергою, створить умови для зменшення об’єму звалищ і покращення екологічної ситуації. Регуляція мікробного метаболізму дозволить перетворити екологічно небезпечні звалища на економічно перспективні гіперметантенки з робочим об’ємом у кілька кубічних кілометрів. Тобто гіперметантенки являтимуть собою тіло звалища за контрольованого та регульованого, а отже, оптимального синтезу метану з відходів у ньому.
Фахівці Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України поставили собі за мету дослідити закономірності метанового зброджування органічних відходів та оптимізувати цей процес для підвищення ефективності синтезу біометану і біоремедіації звалищ побутових органічних відходів.
За результатами цих досліджень вдалося досягти високої ефективності метанового зброджування органічних відходів. Науковці змоделювали процеси, що відбуваються у звалищах побутових відходів, аби розробити ефективну технологію утилізації звалищних органічних відходів з отриманням метану. Для характеристики ефективності зброджування модельних звалищних відходів використано такі інженерно-технологічні параметри, як Т, Kd, VH2, VСH4: Т – тривалість процесу (доби), Kd – коефіцієнт деструкції (кратність зменшення маси відходів), VH2 або VСH4 – вихід водню (H2) або метану (CH4) у літрах за зброджування 1 кг твердих відходів.
 Установка для моделювання процесу зброджування органічних відходів у звалищі. На фото ліворуч: 1 – робоча камера; 2 – кришка із вмонтованими штуцерами для відбору зразків газової фази та манометром для контролю тиску; 3 – штуцери для відбору зразків культуральної рідини і внесення регуляторів |
Наприклад, при моделюванні нерегульованого зброджування органічних відходів звалищ показано, що процес відбувається неефективно і з часом повністю пригнічується: Т = 69 діб, Kd = 5, VH2 = 5 л/кг відходів, метан не синтезувався. Це пояснює тенденцію до неминучого збільшення об’ємів звалищ, адже швидкість переробки органічних відходів у них значно нижча за швидкість їх накопичення. Підвищення ефективності процесу стало можливим за періодичної регуляції мікробного метаболізму та масообміну: Т = 103 доби, Kd = 11, VH2 = 20 л/кг, VСH4 = 16 л/кг відходів. Найбільшої ефективності процесу було досягнуто не тільки за регулярного масообміну та регуляції процесу, а й за рахунок подрібнення твердих органічних відходів: Т = 14 діб, Kd = 20, VH2 = 27 л/кг, VСH4 = 12 л/кг відходів.
 Гранульований мікробний препаратдля прискорення деструкції органічних відходів і синтезу СН4 |
 Висока ефективність деструкції твердих органічних відходів протягом 14 діб за рахунок їх подрібнення, масообміну та регуляції мікробного метаболізму:а – початковий об’єм відходів; б – відходи через 14 діб; зменшення маси у 27 разів і вихід енергоносіїв із 1 кг відходів – 27 л H2 та 12 л СH4 |
Отримані результати дозволили розробити технологічні рекомендації для підвищення ефективності деструкції органічних відходів на звалищах з отриманням метану, що його надалі можна буде трансформувати в електроенергію.
Метод біологічної ремедіації побутових органічних відходів авторства вчених Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, вже успішно випробувано на органічних відходах полігону твердих побутових відходів (ТПВ) м. Кам’янець-Подільський (Хмельницька область). Встановлено високу ефективність методу: час повної утилізації органічних відходів склав 30 діб, виділення паливного газу (метан та водень) – 200 м3 на 1 т відходів. Згідно з розробленим техніко-економічним обґрунтуванням проєкту, використання методу та мікробіологічного препарату в системі збору й утилізації звалищного газу полігону ТПВ м. Кам’янець-Подільський дозволить підвищити ефективність збору газу та вироблення електроенергії в 1,5 раза, а термін окупності проєкту зменшити на 1 рік.
Впровадження методу біологічної ремедіації побутових органічних відходів на полігоні ТПВ м. Кам’янець-Подільський та інших українських полігонах ТПВ доцільне для отримання енергоносія й очищення довкілля.
P.S. Контакти розробників методу для зацікавлених осіб та організацій:
Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного Національної академії наук України, відділ біології екстремофільних мікроорганізмів, професор, доктор технічних наук Олександр Борисович Таширев, tach2007@ukr.net, YouTube: tash2232.
За інформацією Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України