Биотехнологическое получение энергии и энергоносителей из отходов различного происхождения

Разработана анаэробно-аэробная технология очистки высококонцентрированных сточных вод с сопутствующим биотехнологическим производством электрической энергии и водорода. Технология отличается от существующих тем, что реализуется в системе биореакторов с созданием в них гидробиоценозов микроорганизмов, организованных в биоконвеер и иммобилизованных на синтетических носителях с развитой площадью поверхности. Кроме того, на анаэробном этапе очистки встроено биоэлектрохимическую систему, которая позволяет реализовать получение электрической энергии и энергоносителей с помощью микроорганизмов и их ферментных систем. Это позволяет создать конкурентоспособную комбинированную систему получения энергии и энергоносителей из отходов для станций очистки бытовых и промышленных сточных вод.

Преимуществом разработанной технологии над существующими является повышенная эффективность удаления высоких концентраций органических загрязнений, снижения расхода электроэнергии, уменьшение объема и себестоимости сооружений, возможность синтеза энергоносителей (водорода и биогаза).
Благодаря использованию синтетических носителей с развитой поверхностью, на которых иммобилизованы микроорганизмы, в аноксидных и аэробных биореакторах достигается высокая окислительная мощность, что позволяет уменьшить их размеры в 5-10 раз по сравнению с классическими аэротенками. Компактность биореакторов позволяет уменьшить площадь сооружений и снизить затраты на их строительство.

Безмедиаторный экзоэлектрогенез является основой биоэлектрохимического получения энергии и синтеза водорода. Так, в анаэробных условиях микроорганизмы-экзоэлектрогены способны передавать электроны непосредственно на электрод (анод), что приводит к созданию разности потенциалов между электродами и позволяет реализовать продуцирование электрической энергии за счет разности потенциалов биологических и электрохимических процессов при анаэробных и аэробных условиях.

Также, доказана возможность использования сточных вод молокозаводов для получения водорода биологических путем. Продуцирование водорода при использовании сыворотки как модельного сырья происходило по ацетатному пути и с выходом 1,2 моль H2/г ХПК. Иммобилизация микроорганизмов при использовании сточных вод в качестве субстрата повышает выход водорода.

Разработана и испытана в условиях реального производства производственно-экспериментальная установка для анаэробно-аэробной очистки сточных вод, созданы лабораторные установки микробных топливных элементов для получения энергоносителей и выделения инокулята ассоциации микроорганизмов с экзоэлектрогенной активностью.