РОЗДІЛ 2
Об'єкти й методи досліджень
2.1. Об'єкти досліджень
Об'єктами досліджень були відходи молочного виробництва - стічні води і молочна сироватка. Стічні води молочних підприємств, як відомо, відрізняються показниками в залежності від профілю підприємства. Зокрема, на заводах, що роблять сири, стічні води мають більш високий показник забруднення, ніж на міських молочних заводах. У зв'язку з цим дослідження проводилися на стічних водах різних підприємств. На стічній воді вивчалися параметри очищення за різними варіантами технології, а також можливість отримання на стічних водах вторинних продуктів, наприклад, біогазу метану.
Дослідження із сироваткою проводилися з двома цілями. По-перше, вивчалася можливість переробки її на паливний газ і продукти, збагачені вітаміном В12, тобто можливість використання сироватки як вторинної сировини для біотрансформації. Іншою метою було дослідження впливу сироватки на процес очищення стічних вод, в які вона може потрапляти по тим чи іншим причинам, а точніше - вивчення ролі лактози у зв'язку з особливостями її мікробної деструкції. Тому використовувалася сироватка різного походження.
2.2. Методи хімічних і біохімічних аналізів
У процесі досліджень проводилися аналізи основних показників забруднення стічних вод - ХСК, концентрації речовин, технологічних показників біохімічного очищення - концентрації активного мулу, мулового індексу, концентрації кисню в культуральній рідині, продуктів метаболізму - летучих жирних кислот, молочної кислоти, кількісного і якісного складу газоподібних продуктів, концентрації лактози, концентрації нітритів, нітратів у стічній рідині й в очищеній воді. В дослідах по утилізації сироватки проводилося кількісне визначення вітаміну В12.
Визначення хімічного споживання кисню проводилося за стандартною методикою [129], причому у випадках відсутності чи незначного вмісту летучих жирних кислот (в очищеній воді) використовувався прискорений біхроматний метод, в інших випадках ХСК визначали арбітражним методом.
Визначення концентрації сухих речовин у стічній воді, концентрації активного мулу в культуральній рідини здійснювалося звичайним ваговим методом, муловий індекс розраховувався після 30-хвилинного осадження мулової суміші з наступним висушуванням і зважуванням осадів.
Надлишковий кисень культуральної рідини і його концентрацію в очищеній воді визначали йодометричним методом Вінклера [129].
Визначення кількості продуктів метаболізму проводилося комбінованим методом [130].
Леткі кислоти визначалися перегонкою з водяною парою чи за прискореною методикою з фосфорною кислотою [130, 131], аналіз молочної кислоти після перегонки летучих кислот проводився перманганатним методом [129, 131].
Аналіз газоподібних продуктів здійснювався за спрощеною методикою - шляхом розподілу їх на дві частини - пальні компоненти, тобто метан, водень і непальні домішки (СО2, N2). Детальні попередні аналізи показали, що при метановому бродінні стічних вод молочного виробництва практично відсутній сірководень та азот, і тому неспалену частину газів складає вуглекислота, що легко відділяється шляхом пропускання газів через розчин лугу. В пальних газах, що залишилися, міститься водень (не перевищує 1%), а основну частину складає метан. Таким чином, газоподібні продукти, що утворюються при метановому бродінні, практично складає суміш метану та СО2, яка розділяється за спрощеною методикою - шляхом пропускання через розчин лугу.
Визначення концентрації лактози проводили йодометричним методом [130, 131, 132]. Вказана методика призначена для визначення лактози в молоці, хоча в наших дослідах об'єктом аналізів була молочна сироватка. Розходження в методиці аналізів лактози в молоці й сироватці несуттєві, тобто застосування однієї і тієї ж методики не впливає на результат аналізів. Підготовка проби для аналізу лактози полягає в осадженні білків і жиру. Оскільки в сироватці ці компоненти уже вилучені в технологічному процесі переробки молока, то в процесі визначення лактози в сироватці ця методика дає найбільш точний результат.
Визначення нітратів і нітритів проводили стандартним і колориметричним методами. Причому нітрити визначали із сульфаніловою кислотою і нафтиламіном, нітрати - із саліцилатом натрію [129].
Визначення вітаміну В12 проводилося біоавтографічним методом з використанням мутанта кишкової палички штаму 113-3 [74]. Розчинником для розподілу кобаламінів на хроматографічному папері служив вторинний бутанол. Загальна кількість вітамінів визначалася чашковим методом із застосуванням у якості індикатора культури того ж штаму кишкової палички [74].
2.3. Використана апаратура
В проведених дослідженнях використовувалися сконструйована нами установка для метанового бродіння (рис.2.1), пристрій для аналізу газів (рис.2.2), установка для аеробної ферментації (рис.2.3), пристрій для дослідження режимів роботи відстійника (рис.2.4).
Рис.2.1 Установка для дослідів по метановому бродінню
Установка для дослідів по метановому бродінню (рис.2.1) складається з посудини 1, яка виконує роль метантенка і газгольдера, що представляє собою посудину (склянка газгольдера) 2, заповнену водою, і ковпака 3, у який надходять газоподібні продукти. В міру надходження газів ковпак піднімається і по відмітинам на стінках можна судити про кількість газу.
Лабораторний метантенк має невелику ємкість - 2 літри, тому безперервний спосіб бродіння був замінений на від'ємно-доливний, тобто шляхом заміни збродженої культуральної рідини свіжим середовищем. Зі збільшенням числа замін протягом доби процес бродіння наближається до безперервного.
Газгольдер являє собою аналогію будь-якого типу газгольдерів, головну роль у якому грає ковпак, де збираються гази і є можливість проведення їх кількісного обліку.
Пристрій для аналізу газів - визначає співвідношення метану і вуглекислого газу і складається з 2-х частин (рис.2.2).
Рис.2.2 Пристрій дл