195978. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kevert baktériumpopulációt alkalmazó fermentációs rendszer biogázt termelő képességének fokozására
2 195978 3 A találmány tárgya eljárás kevert baktériumpopulációt alkalmazó fermentációs rendszer biogázt termelő képességének fokozására. A találmány szerinti, anaerob fermentáción alapuló eljárás alkalmazható bármilyen szerves alapanyagú (mezőgazdasági és ipari melléktermékek, hulladékok, trágyák, továbbá szennyvizet tisztításánál melléktermékként képződő iszapok), biogázt termelő technológiánál. Régóta ismeretes, hogy a zárt térben anaerob rothasztott szerves anyagok mikrobiális lebontásakor metánban gazdag biogáz fejlődik. Ez a lebomlási folyamat az ismeretek szerint három fő lépésből áll. Az első lépésben makromolekulákat (fehérjék, zsírok, szénhidrátok) bontanak le erre képes mikroorganizmusok. Ennek sorén egyebek között cukrok képződnek. A cukrokat a baktériumok egy másik nagy csoportja acetáttá, propionéttá, butiráttá, CO2- és Hj-gázzá fermentálja a második lépésben. Elsősorban az acetát, CO2 és Hí szolgál a fermentációban közreműködő harmadik baktériumcsoport, a metanogén baktériumok Bzubsztrátjául; a végső termék a metánban gazdag biogáz (Id. például Hobson, P.N. Bonsfield, S., Summers, R.: „Methane Production from Agricultural and Domestic Wastes" Applied Sei. Publ., London, 1981). A biogáz-fermentációban résztvevő baktériumok, életfeltételeik és optimális működésük körülményei csak részben ismertek. Különösen kevés adat áll rendelkezésre a fermentorban kialakuló kevert baktériumpopuláció baktériumainak egymás működésére gyakorolt hatásáról. A biogázt termelő folyamatok beindításánál ezért általában a bevitt szerves anyaggal a rendszerbe kerülő baktériumok elszaporodásával és egyensúlyi állapotuk spontán beállásával számolnak, vagy a hónapokig tartó folyamat gyorsításéra azonos jellegű biogáztermeló rendszer „már működő" fermentációs anyagával végeznek oltást. A bekerülő baktériumszám az utóbbi esetben is - különösen a steril fermentációs technológiákhoz hasonlítva - alacsony. A baktériumpopuláció kialakulása nem irányított, bizonytalan folyamat. Ezeknek a hiányosságoknak több, a biogáz-termelés gazdaságosságára kiható következménye van. így a reaktor indítása lassú és nem garantáltan eredményes, hiszen ebben az állapotban borul fel a baktériumpopuláció egyensúlya a legkönnyebben. Ugyanakkor az egyensúlyi helyzetbe került, biogázt termelő, félfolyamatos vagy folyamatos fermentációs rendszerben a fermentációs idő hosszú, azaz 25-30 nap. Következésképpen például a szükséges fermentációs reaktortér a napi hulladékmennyiségnek mintegy harmincszorosa. Célul tűztük ki a fenti hátrányok kiküszöbölését és mikrobiológiai módszerekkel a biogázt termelő fermentációs rendszer hatásfokának és megbízhatóságának növelését úgy, hogy az általunk kidolgozott megoldás a jelenleg szokásosan alkalmazott, biogázt termelő technológiáknál alkalmazható legyen. Felismertük, hogy a fenti célkitűzések megvalósíthatók, ha a kevert baktériumpopulációt hasznosító fermentációs folyamatban az egyes mikroorganizmus-fajok spontán kialakuló arányát piruvát-formét liáz és formát-hidrogén liáz enzimrendszerrel hidrogén gázt termelő mikroorganizmus tenyészetével végzett raoltás útján a biogázt termelő mikroorganizmusok javára tartósan eltoljuk. Felismertük továbbá, hogy a ráoltás útján a rendszerbe vitt mikroorganizmus megnövelt részaránya még nagyobb mértékben és még több generáción át biztosítható, ha közvetlenül hasznosított tápanyagát adalékként a fermentációs rendszerbe juttatjuk. A fentiek alapján a találmány tárgya eljárás kevert baktériumpopulációt alkalmazó fermentációs rendszer biogázt termelő képességének fokozására. Az eljárásra az jellemző, hogy a rendszert a fermentáció indításakor és/vogy a felfutási szakaszban és/vagy az állandósult állapotban piruvát-formát liáz és formát-hidrogén liáz enzimrendszerrel hidrogén gázt termelő mikroorganizmus tenyészetével beoltjuk, adott esetben cukortartalmú adalék jelenlétében. A találmány szerinti eljárásban hasznosítható mikroorganizmusok a mono- és diszacharidokat képesek szén-dioxidra éB hidrogénre bontani. Ezek folyamatos képződése szubsztrátként növeli a metanogén baktériumok számát, illetve aktivitását anélkül, hogy az acetogén baktériumokra jellemző, káros hatást eredményező túlprodukciós egyensúlyzavar fenyegetne. A találmány szerinti eljárásban mikroorganizmusként célszerűen az Enterobacter cloaceae specießzt, előnyösen az Enterobacter cloaceae DSM 30054 (ATCC 13048) törzset használjuk. A találmány szerinti eljárásban a beoltáshoz a fermentációs térfogatra vonatkoztatva a mikroorganizmus oltótenyéBzetét 5-2054 mennyiségben használjuk. A találmány szerinti eljárásban adott esetben hasznosított cukortartalmú adalékként előnyösen melaszt alkalmazunk, célszerűen a fermentációs rendszer tömegére vonatkoztatva 1-554 arányban. A találmány szerinti eljárás gyakorlati végrehajtása sorén például a kővetkezőképpen járhatunk el. (i) A konkrét esetben alkalmazott mikroorganizmussal monokultúrát állítunk elő 30- -37 °C-on alkalmas, önmagában ismert táptalajon, például hígított melaszon, 1-5 tömeg* mennyiségben 5- és/vagy 6-szénatomos mono- vagy diszacharidokat tartalmazó steril táptalajon vagy fotoszintetizáló baktériumból készített kivonaton. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
