3.Спирттік ашу. Спирттік ашудың қоздырушысы. Этил спиртін алудың технологиялық схемасы, ферментациялау шарттары және шикі зат көздері.

Спирттік ашыту. Өндірістік масштабта этанол химиялық, фармацевтикалық және тағамдық өнеркәсіптерді қолданылады., биоотын ретінде энергетикалық ресурс тұрғыдан да маңызды. Тағамдық саласында спирттік ашыту процессі шарап жасау, сыра дайындау, этанол өндіру, нан пісіру негізіне жатады. Спирттік ашу технологиясында ашытқының таза дақылы Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces vini, Saccharomyces cerevisiae var ellipsoids бактериялар Zimomonas mobilis сонымен қатар, Sacrina ventriculi, Erwinia amylovora және басқалар. Saccharomyces cerevisiae-нің төменгі және жоғарғы ашыту рассаларын ажыратады. Төменгі ажырату рассасына көптеген шарап және сыра ашытқылары жатады., ал жоғарғы ашыту рассассына – спирттік, наубайханалық және кейбір сыра ашытқылары жатады. Төменгі ашытқылар 6-10⁰С активті, ал жоғарғылары 14-25⁰С температураға бейімделген. Ашытқылар қышқыл ортада (рН 4-6) жақсы дамиды және активтігін 10-15% спирт ерітіндісінде сақтайды. Жоғарғы ашытқылар ашыту процессі кезінде жоғары мөлшерде көбік түзеді, СО₂ бөлінеді, ашытқы массасы өзі көпірген сұйықтықтың үстіне шығады. Төменгі ашытқылардың қатысуы арқылы ашыту процессі бірқалыпты жүреді, ашытқы клеткасының массасы ыдыстың төменгі жағында қалады. Zimomonas spp. – грам оң таяқшалар, бұлар этанол концентрациясына төзімді, температуралық режимі 35-37⁰С, алғашқы рет агава шырынынан дайындалған алгольдік сусын пулькадан бөлініп алынады, олар сонымен қатар пальма шырынында, қант қамысы шырынында табылған. Олар глюкозаны этанолға ашытқылардан да жылдам айналдырады, аздаған биомассасы бар, ашыту процессі кезінде аз мөлшерде сірке су және сүт қышқылдары пайда болады.

Klyveromyces flagilis ашытқыларын сүт сарысуындағы лактозаны ашыту арқылы спирт алу кезінде қолданылады. Глюкозаның этанолға айналуының 3 жолы белгілі: А – кетокластикалық (сүт қышқыл бактериялары), В – фосфорокластикалық (клостридалар, сарциналар), С – декарбоксикластикалық (ашытқылар)

Мұнда пируват аэробты тыныс алу сияқты ацетил СоА-ға айналмайды, бірақ пируватдекарбоксилаза көмегімен (негізгі фермент) ацетальдегидке дейін декарбоксилденеді. Ацетальдегид алкогольдегидрогеназа арқылы этанолға дейін тотықсыздандырылады.

Спирт түзілуінің кезеңдері:1.Алдын ала ферментацияға дайындау, шикізатты өндеу (субстрат). Өндірістік ашытқылар (бактериялар) штамдарының таза дақылын өсіріп-көбейтіп алу; 3. Биореакторда шикізаттың ферментациясы; 4.Этанолдың дистилляциясы.

1) Ашытқылар үшін көмірсутегінің негізгі алу көздеріне гексозалар, крахмал, инулин жатады: ал азот көздері – аммоний тұздары, мочевина, аминқышықылдар, ірі емес пептидтер, кейде – нитрат және нитриттер болады.

Ферментация процессінде қолданылатын шикізат үш типке бөлінеді: қантты, оны тура ашытуға болады (қант және крахмалдың өндірістегі қалдықтары – меласса, қант құрағы және қызылшаның шырыны);

- крахмалды, алдын ала өндеуді қажет етеді; қышқылдық немесе ферментативтік гидролизге ұшыратады (арпа, бидай суслосы, жүгері сиробы, күріш, қара бидай, сұлы). Ашытқыларда амилаза болмағандықтан ферментативтік гидролиз үшін бактериялық және мицелиалы амилаза пайдаланылады.

- қағаз-картон өнеркәсібінің қалдықтары, картоптық мезга, дәнді астықтардың сабаны, жүгері собығы.

2) Периодтық ферментация 48-72 сағат жүреді.. ферментация процессінің басында алдымен ашытқы биомассасын жинау үшін аэробты жағдай жасайды, осыдан кейін аэрацияны тоқтатады..

Оттегі кірген соң ашытқылар көмірсуды тотықтыра бастайды, яғни ашыту процесінен аэробты тыныс алу процесіне ауысады. Аэробты жағдайда пирожүзім қышқылынан ацетил СоА, үшкарбон қышқылдар циклы арқылы субстраттың СО₂ мен Н₂ О дейін толық тотығуы жүреді, бұл ашытқылар үшін энергетикалық тиімді, олар жақсы өседі, биомасса көп жиналады; үш карбон қышқылдар циклі барысында клетка синтезі үшін қажетті метаболиттер көп түзіледі.

Анаэробты жағдайға ауыстырғанда этанол 3-4 есе артады, өйткені тыныс алу мен субстратты фосфолирленуі арасында еркін АТР талас тоқтайды; гликолиз жолына энергия мен шикізаттың көп мөлшері қажет.

Ашыту процессі аяқталған уақытта этил спирті 14-16% мөлшерде жиналып, ашытқылардың әрі қарай көбеюін тежейді.

3) Дистилляция – ұшпа компоненттердің сұйық және қатты бөлшектерден ажыратылуы, дистилятта этанолдың салмағы концентрлеу және ректификация бойынша 30-96% дейін болады.

Этанолдың суға қарағанда қайнау температурасы төмен, буда этанол концентрациясы суға қарағанда жоғары. Мысалы, егер де су ерітіндісінде этанол 10% болса, будағы салмағы – 50% тен, яғни дистиллят этанолмен қатты байытылған. Максималдық дистилляция 78,2⁰С температурада болады және салмағы 96% тең, жоғары болмайды.

4.Ағынды суларды биотехнологиялық тазалау. Жер асты және жер үсті суларының ластану түрлері. Ағынды суларды тазалау әдістері. Ағыс жолдарын тазалаудың аэробтық жүйесі. Ағынды суларды тазартудың кезеңдік үрдістері - Алдын – ала механикалық тазарту – тор арқылы сүзу, ірі бөлшектерін тұндыру, майлар флотациясы. Механикалық өңдеу нәтижесінде ағынды сулардан жалпы ластану массасының 30% – ға жуығы жойылады; - Биологиялық тазарту – алдымен активті лайдың аэробты және анэробты микроорганизмдермен ластанудың ыдырауы; - Химиялық тазарту – ағынды сулардан фосфаттарды темір мен алюминий (FePO46 AlPO4) тұздарының көмегімен алып тастау. Фосфаттардың бір бөлігің АТР түзілу энергия қоры қызметін атқаратын клетка ішілік полифосфат түрінде анаэробты ( аценетобактериялар және басқалар) жинайды.

Жалпы тазарту орталықтары механикалық тазарту ( тор, озондау) технологиясы қолданылады.

Биологиялық тазартудың негізгі міндеттері органикалық көміртегін жою, аммияқ тотығуы және ағын сулар қабылдайтын табиғи суда оттегі шығынының алдын – алу үшін еріген, байланысқан азотты жою. Органикалық ластанулардың ыдырау үрдісінде түзілетін аммиак, мочевиналар нитрификациялайтын бактериялармен нитрит және нитраттарға дейін тотығады. Кейін анаэробты жағдайда нитраттарға азотқа дейін тотықсызданады және іркінді сулардан жойылады.

Биологиялық тазарту үрдісі екі кезеңнен тұрады: тұңған ағынды судың ауа оттегісімен және аэротенкада (бірнеше сағаттан бір тәулікке дейін) активті лай микроорганизмдер өзара әрекеті; тазартылған, түсіздендірілген ағынды суды ауасыздандырылмаған тұндырғышта ( бірнеше тәуліктен біренше аптаға дейін ) белсенді лайдың бөлшектерінен бөлу, белсенді лайдың тығыздануы. Активті лайдың бір бөлігі келіп қосылатын ағын суда органикалық ластаудың әсері ыдырау үін аэротенкте тұңбадан әрдайым қайтып оралады (рециклизация).

Ағынды суларды тазалаудың биологиялық әдісі Ағынды сулар құрамына кіретін әр түрлі қосылыстарды субстраттар ретінде микроорганизмдердің қолдану қабілетіне негізделген әдіс.

Бұл әдістің артықшылығы: -Органикалық және бейорганикалық заттарды жою мүмкіндігі -Аппараттар мен өту үрдістің қарапайымдылығы -Ағынды суларды биологиялық жолмен тазартудың 2 үрдісін қолданылады:

-Аэробты- мұнда микроорганизмдер заттарды тотықтыру үшін оттегіні қолданылады. Бұл үрдіс екіншісіне қарағанда сенімді. -Анаэробты- бұл кезде микроорганизмдер бос ерітілген оттегіне қол жеткізе алмайды. Электрон акцепторы ретінде олар органикалық заттардың көміртегін қолдана алады. Бұл үрдіс баяу өтетіндіктен, өте қымбат және көлемді құрылғыларды қажет етеді. Ағынды суларды тазартудың аэробты үрдісі

Тазартудың аэробты үрдісінде микроорганизмдермен тотыққанда органикалық заттардың бір бөлігі биосинтез үрдісінде қолданылады, басқасы – қауіпсіз өнімге айналады – H2O, CO2, NO2 және тағы басқаларға. Стоктардың биологиялық тазартылуы конструкциялары әр текті құрылғыларды жүргізіледі – биофильтрлер мен аэротентер. Биофильтрлер – биологиялық тазарту аппараты болып табылады. Биофильтрлер арқылы тазарту:

1. Биопленкамен тіркестіру;

2. Микроағзалардың жасушалардың үстіне органикалық заттардың сорбциясы;

3. Микроағзалардың метоболизміне байланысты ағынды сулардың тотықтануы.

Ағынды сулардан металдарды айыратын бактериалар

Микроорганизмдердің кейбір түрлері сұйықтықта ерітілген металдарды сорбциялай алады, металдардың концентрациясы жоғары болады, ал жылулық өндеуден кейін биосорбты металдарды қолдануға мүмкіндік болды. Ағын суларды тазартуда спиртті май қышқылдары, парафинді, ароматты көмірсуларды, фенолды тотықтыратын аэробты және анаэробты микроорганизмдерді қолданады. Соның ішінде Actinomyces, Actinobacter. Bacillus. Pseudomanos. Corinobacterium т.б.