Переработка ТПО** и ТБО после проведения сепарации ТБО по группам (стр. 6 из 7)

1. В основе биокатализа лежат представления о структурной организации белковых молекул и принцип согласованности внутримолекулярных взаимодействий валентно-несвязанных атомов.

2. Ферментативные реакции следует рассматривать как специфические реакции, характерные для нелинейных неравновесных процессов.

3. При рассмотрении ферментативного каталитического акта надо исходить из предположения о возможности независимого рассмотрения конформационных и электронных стадий.

Нами экспериментально было установлено, что при биодеградации сложных эфиров целлюлозы (точнее сложных эфиров хлопковой и древесной целлюлозы - СЭХ и ДЦ) рН (логарифм концентрации водородных ионов) постепенно растет. Это указано на рис. 9. Это наблюдается до определенного предела. Исходное значение рН СЭД и ХЦ"5,2,

Рис. 9. Изменение рН и температуры биомассы в процессе биодеградации.

т.е. исходный образец, как отход производства (на промежуточной стадии до окончательной промывки, фугования и сушки полимера) был слабокислым. Затем по мере разложения через 80-90 дней рН СЭД и ХЦ становится слабощелочным и равным "8-8,5. То есть, в процессе ферментативного биоразложения рН СЭД и ХЦ из слабокислой области переходит в слабощелочную область и появляется характерный запах мочи от разлагающегося полимера. Далее в процессе биоразложения рН СЭД и ХЦ примерно через 5 месяцев (150-155 суток) начинает медленно снижаться и это снижение происходит до значения рН близкого к нейтральной среде. Эти специальные исследования, проведенные с дублированием показали, что при биодеградации СЭД и ХЦ (15) происходят следующие процессы:

1. Происходит медленное снижение степени полимеризации исходного полимера (СЭД и ХЦ) (См. работу (15)).

2. Не происходит отщепления ацетильной группы -СН3СО в отличие от термостарения (Сравни работы (15) и (22) в конце главы в списке литературы).

Как показали исследования с применением вискозиметрии при биодеградации СЭД и ХЦ происходит снижение молекулярной массы полимера под воздействием комплексного ферментативного целлюлолитического препарата целловиридина.

Специальные микробиологические исследования, проведенные с помощью биологического стереоскопического микроскопа МБС-9 (23) показали, что биомасса, приготовленная из ТБО и ЦБО с добавлением фермента целловиридина и без добавок всегда поражена аэробными целлюлозными миксобактериями (Семейство Promyxobacteriaceae, клетки Cytophaga) (по определению Имшенецкого (8)). Эти виды представляют из себя гигантские клетки, различающиеся между собой по длине от 4-6m до 10-12m (см. рис. 10а и б).

Рис. 10 (а и б) Аэробные целлюлозные миксобактерии на фоне биомассы. Семейство Promyxobacteriaceae, клетки Cytophaga (Стереоскопический микроскоп МБС-9):
а - биомасса с искусственным введением ферментативного препарата;
б - биомасса без введения препарата фермента.

Эти клетки в неокрашенном виде очень отчетливо видны в поле зрения микроскопа благодаря своим движениям. Клетки Cytophaga очень подвижны в обычных условиях комнатной температуры. В них нет заметной зернистости, блестящих или светящихся включений. В поле зрения микроскопа эти клетки делают качательные, сгибательные и колебательные движения. Одни одновременно с этим движением ползут по всей массе смотрового стекла. В процессе движения эти клетки образуют дугу или приобретают форму незамкнутого круга. Было многократно отмечено, что в смеси волокнистых ЦБО без введения N-содержащего компонента и в частности навоза (с добавками и без добавок целловиридина) вегетативные клетки Cytophaga в препаратах субстрата ЦБО при свободном доступе воздуха не были обнаружены. Следовательно, в ЦБО эти клетки могли быть занесены только из азотсодержащего компонента или возможно из почвы. Пробы биомассы были взяты во всех испытаниях с промышленной площадки. При этом было обнаружено и многократно подтверждено, что в биомассе с добавкой фермента количество миксобактерий Cytophaga всегда в 1,5-2 раза больше по сравнению с биомассой без добавки фермента (См. рис. 10а и б). Следовательно, фермент (точнее комплексный целлюлолитический ферментативный препарат) способствует увеличению количества миксобактерий Cytophaga. Чем это объясняется? Можно полагать, что это связано с тем, что в биомассе с добавкой фермента содержится больше продуктов разложения клетчатки. Поэтому эти клетки Cytophaga при наличии такой более доступной и более нежной пищи, по-видимому, быстрее размножаются. В дальнейшем это было подтверждено экспериментально при длительных наблюдениях за развитием этих видов миксобактерий в наших промышленных образцах, которые отбирались с действующей промышленной площадки. Следует отметить, что при наличии в биомассе различных целлюлозосодержащих субстратов (ЦБО) в первую очередь (при наличии ферментов) разрушаются более доступные субстраты (более мелкие, более пористые, с большим содержанием природной клетчатки). В тоже время СЭД и ХЦ какое-то время консервируются до тех пор, пока не будут использованы другие легко доступные и с большим содержанием целлюлозы субстраты из ЦБО. То есть мы имеем характерный типичный диакустический рост (15). Ферменты, необходимые для утилизации второго субстрата СЭД и ХЦ пребывают некоторое время в репрессивном состоянии до тех пор, пока первый субстрат, как более легкодоступный (волокнистые препараты ЦБО) не будут полностью исчерпаны. Чем это можно объяснить? Это можно в основном двумя факторами:

1. Препараты СЭД и ХЦ хотя и дробленые, тем не менее они имеют более плотную микро- и макроструктуру по сравнению с различными целлюлозными волокнами (ЦБО и т.д.).

2. Препараты СЭД и ХЦ отличаются от различных целлюлозных волокон и химическим составом, поскольку в процессе синтеза этих производных целлюлозы происходят одновременно два процесса: макромолекулярная реакция, а именно деструкция макромолекул клетчатки и реакция полимераналогичных превращений - превращение целлюлозы в сложный эфир целлюлозы.

В связи с наблюдением диакустического роста при биодеградации смеси, содержащей целлюлозное волокно и СЭД и ХЦ с введением комплекса ферментов, интересно вспомнить работы М.М. Кононовой, опубликованные в 1949г., которая специально культивируя миксобактерии на различных растительных остатках (остатков высших растений), твердо убедилась в том, что при разрушении клетчатки этими бактериями-сапрофитами образуется органическое вещество по составу весьма близкое к гуминовым веществам. Условия экспериментов Кононовой дали возможность судить об участии миксобактерий (к которым принадлежат обнаруженные нами вегетативные клетки Cytophaga) в разложении клетчатки. Следует отметить, что образцы биомассы взяты нами с открытой промышленной площадки по приготовлению биомассы, о чем уже упоминалось, и никаких искусственных дополнительных компонентов туда не вносилось.

М.М. Кононова, на основании этих исследований, пришла к выводу, что миксобактерии при разложении клетчатки синтезируют вещество, весьма близкое к почвенному гумусу. Образование слизи, имеющей характер геля, интересен и с другой точки зрения. Бесспорно, что накопление в почве бактериальной слизи оказывает большое влияние на физические свойства почвы. Гумусовые соединения склеивают механические элементы почвенного слоя и создают агрегаты-комочки, которые и придают окультуренному почвенному слою комковатость, о которой так убедительно писал В.Р. Вильямс (9). Эта комковатость и служит показателем формирования гумуса в плодородной почве. Продукты жизнедеятельности бактерий играют значительную роль в возникновении и совершенствовании прочной почвенной структуры. В этом смысле бактерии играют, по-видимому, большее значение, чем грибы. С.В. Виноградский (1952г.), наблюдая образование слизистой массы при разрушении клетчатки, по существу рассматривал этот "органический гель" как вещество, близкое к почвенному гумусу в силу его физических, физико-химических и биологических свойств. И в частности С.В. Виноградский отмечал, что этот "органический гель" неохотно разрушается другими микроорганизмами и таким образом он весьма стабилен. М.М. Кононова составила схему, показывающую взаимосвязь между содержанием гумуса в почвенном слое и наличием в нем сапрофитных бактерий (т.е. бактерий, способствующих разложению растительных и животных остатков). Чем больше сапрофитных бактерий в почве, тем больше в ней гумуса. Это наблюдалось нами экспериментально многократно. Д.С. Орлова и И.Н. Лозановская (1983г.) дают гипотетическую вероятную структуру "ядерной части" гумуса.

Как видно, это хотя и гипотетическая вероятная модель "ядерной части" гумуса, все же следует обратить внимание, что она включает цепь сопряженной связи, т.е. чередование одинарной "-" и двойной "=" химической связи. Это чередование прослеживается весьма четко и, по-видимому, такое хотя и предполагаемое строение обуславливает темно-бурую почти черную окраску гумусовых веществ и характеризует сложность, наличие ряда многих функциональных групп.

Проверенные нами многократно приемы экологической биотехнологии, затем были испытаны в опытных, опытно-промышленных условиях. Затем внедрены в производство на территории очистных сооружений и действовали в течение трех лет, вплоть до закрытия производства на ВХЗ до 1994г. Далее значительная часть приемов экологической биотехнологии проверялась и уточнялась на территории коллективного сада "Нижнее Сельцо 2". Итак, в результате большой многолетней работы, начатой в 1976 году (с некоторыми перерывами) можно сделать следующие выводы и дать практические рекомендации.

1. Экологическая биотехнология переработки фракции ТБО (пищевые отходы, отходы древесины, целлюлозное волокно в виде бумаги и картона), а также часть ТПО, состоящая из древесных отходов, целлюлозно-бумажных и картонных отходов заключается в строжайшем соблюдении всех нижеприводимых параметров биотехнологии. Она заключается в тщательном и равномерном смешении С-содержащего природного органического компонента, представляющего из себя ТЦБО, ТОСЭД и ХЦ, ТДО, ТБО, содержащие в качестве важнейших компонентов серию полисахаридов (в том числе главный представитель этого класса - целлюлоза, омегосахариды и моносахариды) с N-содержащими органическими природными соединениями (в том числе белками и продуктами их разложения, представляющими для фракции ТБО кости, остатки тканей животных и рыб (белки - носители азота -N)). В случае использования в качестве только С-содержащей фракции (например, ТПО из древесины, бумаги и картона) для правильного приготовления биомассы необходимо внесение N-содержащего компонента в качестве которого служат как уже упоминалось ранее любые формы животного навоза и в том числе мочевина природного происхождения. Здесь, как уже упоминалось ранее, не допускается внесение N-содержащего компонента (навоза) с опасной патогенной микрофлорой и с микрофауной (например, с гельминтофауной). Внесение N-содержащего компонента, кроме азота, всегда сопровождается внесением ряда ферментов так необходимых для протекания нормального процесса экологической биотехнологии. Для ускорения протекания процесса в зависимости от технико-экономических соображений и исходя из рыночной потребности рекомендуется введение комплекса ферментативных целлюлолитических препаратов в биомассу в начале приготовления при условии тщательного перемешивания их в исходной биомассе.