Vágóhídi hulladék toll előkezelése és biogáz célú hasznosítása

Dátum
Folyóirat címe
Folyóirat ISSN
Kötet címe (évfolyam száma)
Kiadó
Absztrakt

A biogáz szerves anyagok levegőtől elzárt (anaerob) lebomlása során keletkező gázelegy, amely mintegy 50-70% metánt tartalmaz. További összetevői: 30-40% szén-dioxid, vízgőz és (kis mennyiségben) kénhidrogén. A metántermelő mikrobák számára a nedves, levegőtől elzárt környezet a megfelelő. Ekkor a szerves anyagokat életfolyamataik során lebontják, és biogáz képződik.

A kutatásom során egy speciális hulladékból, baromfi vágóhídról származó tollból állítottam elő biogázt. A baromfi feldolgozóipar melléktermékeként több millió tonna nedves toll keletkezik évente világszerte, melynek felhasználása konfekcionált termék előállításra illetve díszítési célokra nem alkalmas. A baromfi toll mintegy 90%-a speciális fehérje, melyet keratinnak nevezünk. Nehezen bomlik le, ezért fizikai, kémiai, vagy biológiai kezelést kell alkalmaznunk az újrahasznosításához. Biodegradációjához speciális fehérjebontó mikroorganizmusokra van szükség. A baromfi toll biológiai előkezelését és fermentációját a DE ATK MÉK Víz- és Környezetgazdálkodási Intézet biodegradációs laboratóriumában végeztem. A fő célunk az volt, hogy meghatározzuk az enzimatikus előkezelés hatását, illetve az előkezelt baromfi toll hatását a biogáz-termelésre.

A tollat egy speciális keratinbontó baktériummal oltottam be (Bacillus licheniformis). A steril oltóanyag előállítása LB broth táptalajon egy napos inkubációs idő alkalmazása mellett történt. A kísérlet előtt a tollat 115°C-on hő kezeltem, majd speciális üvegedényekbe helyeztem és ioncserélt vízzel elegyítetem. A toll:víz összetételt 1:2 arányra (1,33 liter vízhez 0,67kg toll) állítottam be. A kísérletek négy 3 literes üvegedényben folytak 5 napig, háromszori ismétlésszámmal. Az optimális 42°C-os hőmérsékletet egy 45 literes fűthető vízfürdő alkalmazásával értem el. A mintákhoz 5 ml 7-es pH-jú puffer oldatot adtam az optimális 7,2-es pH érték beállítása miatt. A Bacillus licheniformis oltóanyagból arányosan adagoltam a mintához. A folyamat során a keverést és levegőztetést légszivattyú és áramlásmérő biztosította. A folyamat során kémhatás, hőmérséklet, sejtszám, továbbá extinkció, KOI és fehérjetartalom mérés történt. A keratin degradáció mértéke (%) az eredeti toll és az előkezelt toll folyadék fázisának fehérjetartalmából határoztam meg. A folyékony fázis fehérjetartalma, kémiai oxigénigénye, illetve az ebből származtatott oldhatósági fok (%) esetében Student t-próba alkalmazásával állapítottam meg az egyes kezelések hatékonyságát a kontrollkezelésekhez képest.

A toll előkezelését követően Batch fermentációs kísérletet állítottam be 30 napos időintervallumra, háromszori ismétlésszámmal. Az előkezelt tollat, szecskázott silókukoricával, szarvasmarha hígtrágyával és mezofil biogáz üzemből származó fermentlével különböző arányban (0%; 5%; 7,5%; 10%) kevertem a minőségi paraméterek elemzését követően. A különbségek elemzésére Student t-próbát és variancia analízist alkalmaztam Tukey-tesztel, hogy megállapítsam az eltéréseket a különböző kezelések között. A biogáz rendszer alapját egy termosztát szekrényben elhelyezett 6 literes fermentorok adják (4 db). A biogáz rendszer vezérlését egy Linux platformon futó ACE SCADA szoftver végzi. Meghatározásra került a keletkező biogáz mennyisége és minősége gáz analizátorral. A fermentált végtermék szeparálását követően a mintákban elemzésre került a kémhatás, szárazanyag-tartalom, nitrát-tartalom és a kémiai oxigénigény.

A termelt biogáz mennyisége a 7,5%-os bekeverési arány alkalmazása esetén a 22. napon a kezdeti magas hozamok ellenére drasztikusan csökkent, így nem javasolandó üzemi alkalmazásra. A biogáz kénhidrogén tartalmát figyelembe véve a kritikus bekeverési határ szintén 7,5% alatt húzható meg. 10%-os arány alkalmazása már a 9. napon túlzott kénhidrogén termelést eredményezett és károsan befolyásolta a hozam adatokat. Ehhez a jelenséghez hozzájárulhatott a folyamat során termelődött ammónia mennyisége is. A 0%-os kontroll és 5%-os aránynál tapasztaltakhoz képest a 7,5%-os, majd a 10%-os mérés esetén a nagyarányú ammónia-képződés gátló hatással lépett fel a biogáz termelődésre.

Az 5%-os előkezelt tollal beállított kísérlet eredményezte a legnagyobb biogáz hozamokat. A metán tartalom 0,38±0,21 Nm3/kg értéket mutatott, ugyanakkor csak ez a kísérleti összeállítás eredményezett a kontroll értéknél (0,35±0,18 Nm3/kg sza.) magasabb metánhozamot. A kutatási eredmények alapján megállapítható, hogy 7,5%-os arány alatt kell tartani az előkezelt toll mennyiségét. Ez esetben a magas fehérje-tartalom növekvő biogázhozamot produkál.

Leírás
Kulcsszavak
biogáz, toll, hasznosítás
Forrás