Формирование консорциума микроорганизмов для переработки активного ила в гуминовые удобрения

Alena Fomina

Формирование консорциума микроорганизмов для переработки активного ила в гуминовые удобрения

Составлен аналитический обзор литературы по способам утилизации активного ила. Изучен процесс гумусообразование и строение гуминовых веществ, их влияние на почву и растения. Проведен патентно-информационный поиск существующих методов переработки активного ила в удобрение. Были выделены 7 штаммов микроорганизмов, определены их морфологические, тинкториальные и физиолого-биохимические признаки. Определена ферментативная активность и биосовместимость чистых культур. На основании полученных результатов исследования были предложены варианты консорциумов микроорганизмов для обогащения активного ила полезными веществами. Произведена оценка активного ила на возможность использования в качестве основы для гуминовых удобрений. Разработана технологическая блок-схема и аппаратурная схема переработки активного ила в удобрение и обогащение культурами микроорганизмов. Технико-экономические расчеты показали, что чистая прибыль составила 1466059 рублей в год, при рентабельности в 15,15 % и окупаемостью в 7,4 года, а товарная продукция 16135931,5 рублей в год.

Биотехнология

Дипломы

Вуз: Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления (ВСГТУ)

ID: 5f3f2c9ecd3d3e000153d300

UUID: 21e65710-c581-0138-1dff-0242ac180006

Язык: Русский

Опубликовано: больше 4 лет назад

Просмотры: 68

11.36

Alena Fomina

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления (ВСГТУ)

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 1,2 МБ

Поделиться работой

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» Институт пищевой инженерии и биотехнологии Кафедра «Биотехнология» ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА (дипломная работа) (Д 19.0.03.10.006.0000ПЗ) на тему: _Формирование консорциума микроорганизмов для переработки активного ила в гуминовые удобрения Исполнитель: cтудент дневной формы обучения группы 276 Фомина А.Е Улан-Удэ 2020

Содержание Введение ................................................................................................................... 3 Глава 1 Литературный обзор.................................................................................. 5 1.1 Способы утилизации активного ила ......................................................... 5 1.2 Применение консорциума микроорганизмов для переработки активного ила........................................................................................................ 7 1.3 Микроорганизмы, участвующие в гумусообразовании ......................... 8 1.4 Процессы гумусообразования ................................................................. 11 1.5 Структура гуминовых веществ и их влияние на почву и растения .... 16 1.5.1 Строение гуминовых кислот ............................................................. 16 1.5.2 Влияние гуминовых веществ на почву и растения ......................... 18 Глава 2 Патентно-информационный поиск ........................................................ 23 Глава 3 Экспериментальная часть ....................................................................... 25 3.1 Объекты и материалы исследования.......................................................... 25 3.1.1 Объекты исследования .......................................................................... 25 3.1.2 Материалы исследования ...................................................................... 26 3.1.3 Методы исследования ........................................................................... 26 3.2 Результаты и их обсуждения ...................................................................... 29 3.2.1 Определение параметров переработки активного ила в удобрение . 29 3.2.2 Определение выхода свободных гуминовых кислот ......................... 35 3.2.3 Выделение, идентификация чистых культур микроорганизмов, определение их ферментативных активностей и формирование консорциумов .................................................................................................. 38 3.2.4.Определение параметров роста выделенных культур и их ферментативных активностей ....................................................................... 41 3.2.5 Определение биосовместимости выделенных культур микроорганизмов и формирование на их основе консорциума ................. 44 Глава 4 Технологическая часть............................................................................ 46 4.1 Характеристика готовой продукции .......................................................... 46 4.2 Характеристика основного и воспитательного сырья ............................. 46 1

4.3 Описание технологического процесса переработки активного ила для получения удобрения ......................................................................................... 47 4.4 Расчет материального баланса.................................................................... 50 Глава 5 Экономическая часть .............................................................................. 51 5.1 Производственный план........................................................................... 51 5.2 План материально-технического снабжения ...................................... 52 5.3 План по труду и заработной плате ...................................................... 53 5.4 Планирование издержек на производство и реализацию продукции .. ................................................................................................................. 55 5.5 Финансовый план ...................................................................................... 58 5.6 Основные технико-экономические показатели бизнес-плана ............. 62 Глава 6 Безопасность жизнедеятельности .......................................................... 63 6.1 Безопасность работ по выполнению лабораторных исследований ........ 64 6.2 Оказание первой медицинской помощи пострадавшим .......................... 66 6.3 Правила выполнения работ с химической посудой ................................. 67 6.4 Правила выполнения работ с реактивами ................................................. 70 6.5 Общие принципы процедуры микробиологического анализа ................ 71 6.6 Охрана труда и техника безопасности при работе в микробиологической лаборатории ........................................................................................................ 72 Выводы ................................................................................................................... 74 Список используемой литературы ...................................................................... 76 2

Введение В связи с увеличение населения и промышленного потенциала страны растёт количество отходов. Среди них большим по объему является активный ил, получаемый с городских и промышленных сооружений. Образующийся активный ил накапливается на иловых картах, которые занимают большие площади. Эксплуатация иловых карт приводит к потере ценных земель, загрязнению почвы, накапливанию соединений тяжелых металлов, а так же является благоприятной средой для роста и развития многих патогенных микроорганизмов. В процессе разложения активного ила выделяются ядовитые вещества, что способствует негативному влиянию на биологическую активность почвенных микроорганизмов. В связи с этим возникает необходимость снижения хранения активного ила путем его утилизации. Для переработки активного ила применяются механические, химические и биологические методы. Наиболее современным и актуальным является биологический метод, основанный на применении микроорганизмов [1, 5, 16]. Актуальным решением данной проблемы является формирование микробного консорциума для переработки активного ила и использования его в качестве гуминового предлагаемым методом окружающую среду удобрения. позволит и Переработанный снизить может негативное служить как активный ил влияние на удобрение для сельскохозяйственных культур. Цель данной работы состоит в разработке эффективного консорциума для гуминового удобрения на основе активного ила. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1) Выбор метода переработки активного ила в удобрение; 2) Определение параметров выбранного метода для обезвреживания активного ила; 3

3) Определение выхода свободных гуминовых кислот в активно иле после обработки; 4) Выделение, идентификация чистых культур микроорганизмов, определение их ферментативных активностей; 5) Определение биосовместимости выделенных культур микроорганизмов и формирование на их основе консорциумов для обогащения активного ила полезными веществами; 6) Создание технологической блок-схемы и аппаратурной схемы переработки активного ила в удобрение и обогащение культурами микроорганизмов; 7) Расчет основных технико-экономических показателей. 4

Глава 1 Литературный обзор 1.1 Способы утилизации активного ила Активный ил представляет собой многовидовой микробиоценоз в виде хлопьев, содержащий около 60% органических веществ, которые могут служить основой для формирования гумуса, и до 40% минеральных веществ [5]. Химический состав активного ила обусловлен составом клеточного вещества микроорганизмов и поступающих веществ со стоков. В 1952 году было представлено соотношение элементов в виде формулы – C5P7NO2. В среднем на долю углерода приходится 50-52%, кислорода – 29-33%, водорода – 6-8%, азота – 8-12%, фосфор 5-7%. В зависимости от рода деятельности предприятия варьируется содержание различных соединений: тяжелые металлы, минеральные соли и т.д. [2, 17]. Сухое вещество активного ила состоит из органической (беззольной) части и золы и представляет собой примеси, присутствовавшие в исходной сточной воде и трансформированные в биомассу, а также вещества, адсорбированные хлопьями активного ила [1]. Микробный состав состоит преимущественно из бактерий различных групп – флокулообразующих, нитчатых бактерий, бактерий – нитрификаторов, наиболее распространённые рода Actinomyces, Arthrobacter, Bacillus, Brevibacterium, Desulfotomaculum, Flavobacterium, Micrococcus, Mycobacterium, Pseudomonas, Nitrosomonas, Nitrobacter и др., с помощью которых осуществляется питание простейших, инфузорий, амеб, червей и т.д. Возможно содержание патогенной микрофлоры, вирусы и яиц гельминтов [15, 19, 20]. Наиболее распространенные методы утилизации и переработки активного ила в России это биологические, механические, химические и в случае тяжёлой промышленности - термические, в зависимости от химического и микробного состава активного ила [1, 21]. 5

Механические методы основаны на разрушение мембраны клетки бактерий и снижении в несколько раз массы активного ила. Наиболее используемое технологическое оборудование, (вакуум-фильтры, центрифуги, виброфильтры и пр.) принцип работы которых заключается в обезвоживание. Недостатками методов является использование различных коагулянтов, а так же огромные площади, которые занимают под хранение (иловые карты), энергозатратное оборудование и возможность выживания спорообразующих бактерий [12]. Химические методы проводят с использованием различных реагентов – кислоты, щелочи, известь, мел и т.д., что приводит к обезвреживанию активного ила и разрушению токсичных веществ. Основным недостатком данного метода является применение большого количества реагентов, что ограничивает область применения [24]. Переработанный активный ил механическими и химическими методами, возможно, использовать в сельском хозяйстве при смешивании с почвой, торфом и т.д. [24]. Биологические методы основаны на процессах почвы (гумусообразования), способствующих развитию и росту растений, связанных с ее микрофлорой. Биологический метод переработки подразумевает применение микробиологического препарата (культур микроорганизмов) с целью обогащения активного ила полезными веществами для использования его в дальнейшем в качестве удобрений. Известны варианты добавления дрожжей для обогащения витамином В12, нитрифицирующих, фосфатмобилизующих микроорганизмов для перевода соединений азота и фосфора в доступные для растений формы. Наиболее важным является процесс гумусообразования монокультурами и консорциумами микроорганизмов в углеродсодержащей среде. Известно, что использование консорциума микроорганизмов позволяет ускорить процесс разложения органической части и позволяет получить удобрения с высоким 6

содержанием азота и фосфора, органического вещества и снижает подвижность тяжелых металлов. Недостатком метода является отсутствие способов разрушения клеточной стенки патогенной микрофлоры [7, 15]. Исходя из вышеуказанных методов, можно сделать вывод, что применение биологических методов наиболее актуальны с использованием других методов переработки (механических и химических) активного ила, повышая степень очистки и увеличивая выход полезных веществ для почвы и растений. 1.2 Применение консорциума микроорганизмов для переработки активного ила В сельском хозяйстве на протяжении долгих лет разрабатываются и применяются микробиологические методы переработки углеродсодержащего сырья с целью получения удобрений. Данные методы, основанные на использовании чистых или смешанных культур микроорганизмов, которые могут оказывать существенную помощь в улучшении структуры почвы и поддержания уровня органического вещества, что позволяет устойчиво удерживать воду в почве из года в год. Кроме того, правильно сформированный консорциум микроорганизмов способствует приживаемости растений за счет снижения стресса от пересадки, повышает общую устойчивость растений к стрессам и увеличивает потребление питательных веществ из почвы. Микроорганизмы оказывают положительное влияние на здоровье растений и сокращают выпады сельскохозяйственных культур [8, 25]. Переработка происходит путем внесения в утилизируемые отходы высоких концентраций специально подобранных различных микроорганизмов, составляющих сообщество (консорциум), которые ранее были выделены из почвы, селекционированы и размножены в форме готового 7

к применению препарата. В результате целенаправленно создается микробиологическая активность с усвоением и переработкой микробами отходов в продукты метаболизма: углекислый газ (СО2), воду (H2O), гумус. Подобные меры позволяют с высокой эффективностью нейтрализовать угнетающее действие загрязнителей на естественные процессы самоочищения почвы и воды, восстановить естественный метаболизм, активизировать нормальную микрофлору и естественные процессы [13, 23, 25]. Существующие технологии переработки активного ила в удобрения основаны на биологических процессах в почвах, связанных с гумусообразованием. Для увеличения выхода гуминовых соединений в ходе процесса гумусообразования применяют монокультуры бактерий и консорциумов микроорганизмов. 1.3 Микроорганизмы, участвующие в гумусообразовании Большинство зарубежных и отечественных работ описывают применение бактериальных препаратов, содержащих одну или две культуры бактерий, в основе которых почва, торф, перегной или активный ил, при этом содержание гуминовых веществ не превышает 10-15%[10, 13, 18]. Большое значение в гумусообразования имеют нитрифицирующие бактерии, а так же железобактерии, тионовые, водородные бактерии, серобактерии и другие. В процессе нитрификации участвуют Nitrosospira, которые окисляют аммиак Nitrosomonas, Nitrocystus, до азотистой кислоты: 2NH+3O2=2HNO2+2H2O + 158 ккал. Бактерии рода Nitrobacter продолжают реакцию окисления, в результате чего образуется азотная кислота: 2HNO2 + O2 = 2HNO3 + 48 ккал, которая образует с почвой различные азотнокислые соли: NaNO3, KNO3 и Ca(NO3)2. Соли азотной кислоты проще усваиваются растениями [4, 14, 23]. 8

Процессы нитрификации связаны с процессом денитрификации, восстановления нитратов до свободного азота. Бактерии - денитрификаторами являются преимущественно неспороносные бактерии Pseudomonas fluorescens, Bacterium stutzeri, Bacterium denitrificans и др. К Серобактерии, относятся Thiobacillus thiooxydans, Thiobacillus thioparus и др., вызывают процесс сульфофикации, т. е. окисление сероводорода до серной кислоты. Процесс сульфофикации осуществляется в две стадии — окисление сероводорода до серы и окисление серы до серной кислоты, которая встречаясь в почве с различными основаниями, переходит в соли серной кислоты, из которых растения и берут для питания серу [23, 26].: Железобактерии представлены в почвах главным образом нитевидными (Crenothrix, Leptothrix) бактериями. С и одноклеточными жизнедеятельностью (Gallionella, железобактерий Siderocapsa) связан процесс окисления закисных солей железа в окисные: Некоторые железобактерии способны окислять также соли марганца, образуя при этом железомарганцевые конкреции в почве [11]. Также к основным процесса можно отнести это аммонификация, распады целлюлозы и азотфиксация. Аммонификация -процесс разложения органических азотистых веществ с образованием аммиака, вызывается жизнедеятельностью весьма разнообразных групп микроорганизмов. Аммиак выделяется при разложении белков, пептонов, аминокислот, мочевины, мочевой и гипуровой кислот. Типичными представителями аммонифицирующих бактерий являются Bacterium vulgare, Bacterium putidum, Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus и Bacillus mycoides [11, 23]. 9

Процесс аммонификации белков может идти как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Гидролитический распад мочевины протекает преимущественно в аэробных условиях под влиянием главным образом следующих бактерий: Micrococcus ureae, Saroina ureae, Urobacterium pasteurii, Urobacillus miquelii и др [23, 26]. За биохимические процессы распада целлюлозы или клетчатки отвечают специфические целлюлозоразлагающие представителями которых является бактерии, Cytophaga типичными hutchinsonii, Васillus Omelianskii и др [4, 23]. Еще один важный процесс связан с фиксацией свободного азота атмосферы и, превращая его в сложные соединения, тем самым обогащает им почвенную толщу. В почве существуют две группы азотфиксирующих микробов. Одни из них, так называемые клубеньковые бактерии (Bacterium radicicola), способны развиваться только на корнях различных бобовых растений, другие же свободно живут в почвенной среде [27]. Из свободно обитающих микробов одни являются аэробными (Azotobacter chroococcum), другие — анаэробными организмами (Clostridium pasteurianum). Наряду с бактериями большое участие в почвообразовательных процессах принимают сапрофитными веществом. грибы, организмами, Грибная которые являются питающимися микрофлора в почвах гетеротрофными готовым весьма органическим разнообразна и представлена большим количеством видов [35]. Наиболее распространенными из них являются плесневые грибы, которые размножаются или путем образования конидий из конидиеносцев, или спорангиев, на особых утолщенных клетках. К группе плесневых грибов принадлежат представители родов Penicillium, Trichoderma, Aspergillus, Cladosporium, Rhizopus [23]. Значительно распространены в почвах также грибы-водоросли (Phycomycetes), сумчатые грибы (Ascomycetes), в том числе дрожжевые грибы 10

(Saccharomycetes), а затем высшие (Basidiomycetes) и несовершенные грибы (Fungi imperfecti). Особенно большую роль играют грибы в образовании и разложении перегнойных веществ, составляющих наиболее существенную часть почвы [11]. Большое распространение в почвах имеют актиномицеты, или лучистые грибы (Actynomycetes), представляющие собой переходную форму между бактериями и грибами. Роль актиномицетов в почвообразовательных процессах весьма значительна, разложение безазотистых и азотистых органических веществ, в том числе и наиболее стойких соединений, входящих в состав почвенного перегноя, или гумуса. Помимо рассмотренных групп организмов в процессах гумусообразования также могут участвовать водоросли, лишайники и т.д. Для производства удобрений чаще всего используют именно почвенные микроорганизмы, так они активно используют различные органические соединения и способствуют процессу гумусообразования в углеродсодержащем сырье [18, 22]. 1.4 Процессы гумусообразования Существуют несколько теорий описывающих процессы гумусообразования в почве. К ним относятся гипотезы гумификации, предложенные в 1988 г. W. Flaig, российскими исследователями в 1980 г. Л.Н. Александровой и в 1976 г. М.М. Кононовой. Теория Л.Н. Александровой включает три основных этапа процесса: 1) новообразование гумусовых кислот; 2) их дальнейшая гумификация и консервация; 3) постепенное медленное разрушение гумусовых кислот [9]. Гипотеза основана на окислительном кислотообразовании, с участием оксидаз и формированием азотистых молекул гумусовых кислот, необходимых для роста и развития растений. При этом происходит 11

увеличение количества свободных групп азотистых оснований до 4-5%, в качестве источника азота используются белковые соединения, поступающие в почву [9], показано на рисунке 1. Рисунок 1 - Трансформация органических веществ в почве (по Л.Н. Александровой) Теория, разработанная в 1988 г. W. Flaig основана на процессах образования гуминовых кислот из лигнина показана на рисунке 2. По мнению Flaig, лигнин является основным компонентом почвенного гумуса, наследуемым при разложении растительного органического вещества без существенных изменений, так как лигнин имеет ароматическое строение, для него характерно наличие метаксильных групп (–ОСН3) [14]. 12

Рисунок 2 – Схема гумификации, по теории W. Flaig, 1988 г. Теория М. М. Кононовой основа конденсационных, или полимеризационных процессах, гумификация протекает по следующей схеме [9] на рисунке 3. Первоисточниками гумусовых веществ выступают растительные субстраты. Исходные структурные единицы гумуса образуются в результате микробного разложения составных химических веществ растительных остатков — целлюлозы, лигнина, флавоноидов, танинов (полифенолов), а также азотсодержащих соединений (белков и их дериватов) с последующим внеклеточным ресинтезом новых продуктов при участии микроорганизмов и микробных ферментов. Далее в процессе формирования гумуса происходит усложнение, конденсация структурных единиц также с включением в реакции ферментов — полифенолоксидаз главным образом грибного происхождения [9]. Реакции конденсации осуществляются различными путями, но при всем их разнообразии имеется общая закономерность — повышение устойчивости азота по отношению к кислотному гидролизу. И, наконец, на заключительном этапе наблюдается явление поликонденсации (полимеризации) образующихся 13

конденсатов без участия микроорганизмов. Это процесс чисто химический, механизм его остается невыясненным. Гумус стабилизируется в результате взаимодействия с глинистыми минералами почвы и приобретает устойчивость к микробному разложению [22]. Итак, весь путь образования гумуса, по М.М. Кононовой, разбивается на этапы, в которых либо участвуют микроорганизмы и (или) их ферменты, либо реакции протекают химическим путем. Гумификация всегда сопровождается большой потерей массы разлагающегося растительного материала, она достигает 75% от исходных величин. Минерализация части веществ до СО2 приводит к уменьшению отношения С:N от 40 в подстилке до 10 в гумусе [9]. Рисунок 3 – Схема гумификации по М. М. Кононова, 1976 г. Исходя из теорий, процесс гумификации можно разделить на 3 основных этапа: На первом этапе происходит новообразование гумусовых кислот (биохимическое окислительное кислотообразование), т.е. формирование 14

системы гумусовых кислот осуществляется при непосредственном участии оксидаз микроорганизмов. Начинается фракционирование системы образующихся гумусовых веществ на гуминовые кислоты и фульвокислоты. Взаимодействуя с минеральными компонентами почвы и зольными элементами, высвобождающимися из растительных остатков, возникшая система гумусовых веществ распадается на группы. Менее подвижная часть формируется как группа гуминовых кислот, а более дисперсные фракции, образующие растворимые соли, составляют группу фульвокислот. На втором этапе происходит дальнейшая трансформация новообразованных кислот. В гуминовых кислотах постепенно возрастает степень ароматизации за счет частичного разрушения алифатических компонентов и внутримолекулярных группировок. Важная черта этой стадии – гидролитическая и окислительная направленность. На третьем этапе происходит постепенная минерализация гумусовых веществ, осуществляющаяся при участии многообразной системы экзоферментов микроорганизмов. Основные реакции этого этапа – гидролиз и оксидоредукция, в результате которых происходит гидролитическое расщепление молекул гумусовых соединений, разрушение гетероциклических и ароматических группировок и в конечном итоге полное окисление продуктов распада до аммиака, воды, диоксида углерода. Фрагменты молекул гумусовых веществ ароматической природы не подвергаются полной минерализации, а, взаимодействуя с новообразованными соединениями, повторно включаются в процесс гумификации. Гумификация катализируется такими ферментами, как пероксидаза и полифенолоксидаза, кроме того, оксидазную активность часто связывают с ферментом лакказой [3]. Пероксидаза осуществляет окисление органических веществ почв (фенолов, аминов, некоторых гетероциклических соединений) за счет перекиси водорода и других органических перекисей, образующихся в почве в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Эти ферменты имеют 15

важное значение в процессе образования гумуса. Полифенолоксидаза участвует в превращении органических соединений ароматического ряда в компоненты гумуса. Она катализирует окисление фенолов до хинонов в присутствии кислорода воздуха. Хиноны в соответствующих условиях при конденсации с аминокислотами и пептидами образуют первичные молекулы гуминовой кислоты [22]. 1.5 Структура гуминовых веществ и их влияние на почву и растения Гуминовые вещества являются высокомолекулярными (молекулярная масса 1300-1500) конденсированными ароматическими соединениями, в которых установлено наличие фенольных гидроксилов, карбоксильных, карбонильных и ацетогрупп, простых эфирных связей и др. Различные гуминовые вещества содержат большой набор функциональных групп, они полифункциональны. Их молекулы содержат карбоксильные группы -СООН, фенольные -ОН, хинонные =С=О, аминогруппы -NH2 и др. Большое количество данных групп могут неравномерное распределятся по молекулам разного размера, а так же молекулы могут различаться по содержанию функциональных групп. Более того, молекулы ГВ различаются по количеству входящих в их состав остатков аминокислот (всего их 17-20), по количеству углеводных остатков и характеру их расположения [22]. По результатам множества исследований было выявлено - минимальные единицы гуминовых веществ представляют собой макромолекулы с упорядоченными конденсированными ядрами и неупорядоченной периферической частью [22]. 1.5.1 Строение гуминовых кислот Макромолекулы ГК характеризуются статистически непрерывным набором различных структурных единиц, 16 показано на рисунке 4,

неоднородных по размерам конденсированных ароматических ядер, длине и составу соединительных звеньев, а также и периферийных, нерегулярных структурных элементов. При двучленном строении ГК содержащийся в них углерод находится в двух формах — ароматического углерода с sp2 валентными электронами и алифатического углерода с sp3 - гибридизированными электронными орбиталями [22]. Данные химических, спектрографических и рентгенографических исследований свидетельствуют о том, что молекулы различных гуминовых кислот близки по строению и основными компонентами их являются ядро, боковые цепи и периферические функциональные группы. Ядро состоит из ряда ароматических и циклических колец, соединенных между собой боковыми цепями. Кроме того, между этими кольцами различают мостики. Единого мнению о строении ядра и характере боковых цепей нет. Полагают, что в составе ядра входят ароматические гетероциклические пяти- и шестичленные кольца типа бензола, фурана, пиррола и пиридина, а также более конденсированные системы типа нафталина, антрацена, индола и хинолина [22]. Боковыми цепями могут быть углеводные, аминокислотные и другие цепочки, а мостиками – отдельные атомы (-O-, -N-) или атомарные группировки (-NH-, -CH2-, -C-C-). Вследствие того что гумификации подвергаются различные соединения, характер ядра и боковых цепей может варьировать [22]. Периферические функциональные группы. Молекула гуминовых кислот содержит несколько карбоксильных (-СOOH), фенолгидроксильных (-OH) групп, групп спиртовых гидроксилов и некоторое количество метоксильных групп (CH3O-), предопределяющих кислотную природу этих соединений. О количестве этих групп единого мнения нет. Эти группы играют очень большую роль в почвообразовании, так как обусловливают процессы взаимодействия гуминовых кислот с минеральной частью почвы [22]. 17

Рисунок 4 – Предполагаемая структурная схема отдельного фрагмента гуминовой кислоты Точные молекулярные формулы для гуминовых веществ не выведены, все предложенные варианты имеют гипотетический характер, поскольку учитывают только состав соединений и некоторые их свойства, тогда как расположение атомов и атомных групп остается при этом неизвестным. Несмотря на это, проб составления молекулярных формул гуминовых веществ в истории науки было немало, на данный момент не один десяток таких формул, часть которых имеет только характер блок-схем, а часть отражает более или менее реально состав и свойства гуминовых кислот. Неудачные результаты попыток составления структурных формул гуминовых веществ объясняются тем, что последние не образуют кристаллов, имеют переменный состав и полидисперсны даже в наиболее однородных препаратах. Получить мономолекулярные фракции гуминовых веществ пока не удалось. Поэтому к ним оказались неприменимыми те методы и приемы, которые обычно используют для создания формул природных и высокомолекулярных биоорганических молекул [22]. 1.5.2 Влияние гуминовых веществ на почву и растения В многочисленных полевых и лабораторных экспериментах с различными тест-культурами показано, что применение промышленных 18

гуминовых веществ: гуматов натрия, калия и аммония, независимо от источника сырья для их производства, в оптимальных дозах (50-100 мг/л или 10-100 кг/га) заметно благоприятно влияют на растения и почву [37]. Гуминовые вещества (ГВ) имеют дополнительно природоохранное значение. Они нивелируют антропогенное воздействие на окружающую среду, улучшая функционирование в природных экосистемах, сохраняя в них экологическое равновесие. Гуминовые вещества способствуют росту, развитию и повышению продуктивности растений, а также их устойчивости к стрессам. Высокая биологическая активность ГВ, несомненно, играет важную роль в обеспечении как биологической продуктивности системы почва-растение, так и ее устойчивости к неблагоприятным воздействиям. В результате воздействия ГВ возрастает энергия клетки, улучшаются физико-химические свойства протоплазмы, интенсифицируется обмен веществ, фотосинтез и дыхание растений. Увеличивается общий рост растения благодаря ускорению деления клеток. Гуминовые вещества значительно ускоряют рост и развитие почек растений [36]. При воздействии ГВ активно развивается корневая система, усиливается корневое питание растений, а также всасывание влаги. Увеличивается проницаемость мембраны клеток корня. В результате улучшается проникновение питательных веществ и микроэлементов из почвенного раствора в растение. Вследствие чего питательные вещества поступают в основном в виде комплексов с гуматами. Усиливается закрепление растений в почве, то есть растения становятся более устойчивыми к сильным ветрам, смыву в результате обильного выпадения осадков и эрозионным процессам. Особенно эффективно на культурах со слаборазвитой корневой системой [36]. Развитие корневой системы интенсифицирует поглощение растением влаги и кислорода, а также почвенное питание. В результате в корневой системе усиливается синтез аминокислот, сахаров, витаминов и органических кислот. Усиливается обмен веществ между корнями и почвой. Выделяемые 19

корнями органические кислоты (угольная, яблочная и др.) активно воздействуют на почву, увеличивая доступность питательных веществ и микроэлементов. Рядом исследователей было установлено, что у растений под действием ГВ чаще всего активизируется корнеобразование. Различные гумусовые кислоты оказывают неодинаковое влияние на растения. Гуминовые кислоты способствуют значительному удлинению и сужению клеток корневых систем. При этом в коре корня отмечается уменьшение количества слоев. Фульвокислоты удлиняют и расширяют клетки корней более равномерно [37]. Также при поступлении ГВ в клетки растений происходит: Передача клетке квантов солнечной энергии, накопленной гуматов; рост энергетики клетки; интенсификация обменных процессов, ускорение дыхания, повышение поступления питательных элементов в растение, ускорение синтеза нуклеиновых кислот и белка, активизация белкового и углеводного обмена веществ, улучшение биохимического состава растений. Это дает растениям - ускорение пробуждения, увеличение энергии прорастания семян, стимуляция цветения, плодообразования, созревания плодов и повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Рост содержания сахаров, витаминов, хлорофилла, масел, клейковины (в пшенице) Рост устойчивости к стрессам различной природы и неблагоприятным факторам (заморозки, засуха, солнечная радиация и т.п.). Сохранение урожайности при отклонении условий развития от оптимальных. Уменьшение образования нитратов. Интенсификация репарационных процессов в поврежденных растениях (ускорение восстановления клеток, поврежденных пестицидами, вредными веществами и патогенными организмами). Интенсификация потребления влаги и углекислого газа, содержащихся в атмосфере. Повышение экологической чистоты плодов. Гуминовые вещества осуществляют защитную (протекторную) функцию, повышая устойчивость к неблагоприятным внешним воздействиям. 20

Они могут рассматриваться как адаптогены с многопрофильным влиянием на различные физиологические системы. Гуминовые вещества могут поглощаться и усваиваться растениями. В этом случае растения «экономят» энергию, чем больше величина «сэкономленной» энергии, тем растение лучше себя «чувствует» и меньше болеет [28]. Гуминовые вещества участвуют в структурировании почвы, в ее адсорбционных процессах, так же повышают поглотительную способность и буферность. Участвуют в регулировании содержания кислорода в почве, что способствует ускорению корневого дыхания, приводящего к увеличению интенсивности роста и развития растения. Гуминовые вещества улучшают условия деятельности почвенных микроорганизмов и повышают их активность. Повышают рост влагонасыщения и влагоудержания воды в почве. Увеличивают доступность элементов питания для растений. Регулируют транспортировку микроэлементов в растение и улучшают их питание, тем самым повышают урожайность и питательную ценность плодов. Интенсифицируют процесс образования гумуса и как следствие повышают плодородие почвы. Способствуют разложению пестицидов и других ядов в почве и снижению поступления их в растения. Предотвращают ингибирование роста и развития растений. Повышают экологическую чистоту плодов [28]. На основе литературного анализа выявлено, что в настоящее время существует много способов переработки активного ила, но обладающие высокой эффективностью являются в основном комбинированные методы. Полученный переработанный активный ил комбинированными методами, возможно, применять при создании удобрений, в особенности гуминовых. Основой гуминовых удобрений являются бактерии активно использующих различные органические соединения. Гуминовые удобрения из активного ила являются актуальным технологическим решением в связи с высоким содержанием органических веществ. 21

Изучение структуры гуминовых веществ и их функциональных групп позволяет находить пути взаимодействия с почвой и растениями, которые учитываются при разработке эффективных гуминовых бактериальных удобрений. 22

Глава 2 Патентно-информационный поиск Значительное число научных публикаций и патентов, отечественных и зарубежных, свидетельствует о большом интересе и практической значимости переработки активного ила микробиологическим методом. Это делает разработку биологически активных удобрений для роста растений важной научно-технической задачей. При этом одним из наиболее перспективных подходов к решению этой задачи является разработка биодобавок на основе консорциумов почвенных микроорганизмов и регуляторов роста растений. Существуют различные методы переработки активного ила для использования его как удобрения. Работы, заключающиеся на получении микробиологических консорциумов для переработки активного ила, в России еще не были запатентованы. Был проведен патентный поиск глубиной 10 лет. Результаты патентного поиска занесены в таблицу 1. Таблица 1 – Патентный поиск Название Страна поиска 1 Способ получения удобрений из ила 2 Россия Классифи кационны й индекс Источни к информа ции 3 4 Патент РФ patenton. № ru 2463281C 2 23 Основное содержание 5 Ил нагревают до температуры в пределах от 60 до 100°C с помощью перегретого пара, имеющего температуру в пределах от 200 до 600°С, для того, чтобы активизировать увеличение количества растворимого углерода в иле и повторно запустить биохимическое разложение ила путем использования непатогенных микроорганизмов, остающихся в иле после нагревания [33].

Продолжение таблицы 1 1 Способ получения почвогрун та из активного ила 2 Россия 3 Патент РФ № 2680579C 2 4 patents.g oogle.co m Способ переработ ки осадков сточных вод на органомин еральные удобрения Россия Патент РФ patenton. № ru 2712664C 1 24 5 Изобретение относится к технологии получения почвогрунта из активного ила с биологических очистных сооружений. Способ включает проведение предварительных лабораторных анализов для определения влажности, микробиологических показателей - численности и состава микрофлоры, количества колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий и микромицетов, а также содержания в иле наиболее опасных металлов - свинца, кадмия, цинка, меди, никеля, хрома, ртути, мышьяка. После чего в зависимости от полученных данных перерабатывают активный ил в почвогрунт путем одновременного снижения влажности, уменьшения содержания металлов и стимуляции размножения актиномицетов и бактерий за счет одновременного добавления в активный ил органических веществ из ряда: навоз КРС, солома, торф, лузга подсолнечника, минерального удобрения, содержащего азот или их комбинации, а также кальцийсодержащей добавки – гипса. Через 1,5 месяца и через 3 месяца повторяют лабораторные анализы, при необходимости добавляют один или несколько из перечисленных компонентов. Через каждые 3-10 дней перемешивают компост в течение одного - трех месяцев до получения почвогрунта. Изобретение позволяет обезвредить и преобразовать в почвогрунт активный ил очистных сооружений, обеспечивая тем самым его вторичное использование в сельском хозяйстве [34] Сущность метода заключается в переработке осадков сточных вод, включающий обезвоживание осадка, подсушивание и смешивание полученного осадка сточных вод с органическим компонентом в объемном соотношении 0,5:0,5 при периодическом перемешивании полученной смеси отличающийся тем, что обезвоживание осадка осуществляют на фильтр-прессах, с последующей обработкой полученного кека негашеной известью и одновременным обеззараживанием за счет повышения температуры до 80°С при реакции негашеной извести с водой, затем обезвоженный осадок подсушивают до влажности 50% и смешивают с навозом в качестве органического компонента [35].

Глава 3 Экспериментальная часть 3.1 Объекты и материалы исследования 3.1.1 Объекты исследования В качестве объекта исследования использовали активный ил очистных сооружений МУП «Водоканал» г. Улан-Удэ. Пробы были взяты в сентябре 2018 года. Активный ил черного или серого цвета, с резким неприятным запахом, представленный микробной ассоциацией. Для анализа активный ил используют в высушенном виде. Активный ил представлен на рисунке 5. Рисунок 5 – Активный ил в высушенном виде Почву для выделения микроорганизмов брали в районе реки Селенга г. Улан-Удэ. Пробы были взяты в октябре 2019 г. Именно в этих местах тип почвы характеризуется как пойменный-заболоченный. Почва имеют мощный (до 30–50 см) гумусовый горизонт буровато-серой окраски, комковатозернистую структуру, содержание гумуса составляет 4–5%. В пойменныхзаболоченных почвах разнообразен видовой состав микроорганизмов способствующих гумусообразованию. 25

3.1.2 Материалы исследования Для выделения нитрифицирующих бактерий использовали жидкую среду Виноградского. Состав: (NH4)2SО4 - 0,2%; K2HPO4 - 0,l%; MgSО4·7H2О - 0,05%; NaCl - 0,2%; FeSО4 - 0,4%; CaC03 - 0,1% [11]. Для выделения фосформинирализующих бактерий использовали среду следующего состава (г/л): (NH4)2S04 - 0,5; NaCl - 0,3; КС1 - 0,3; MgS04 *7Н20 0,3; FeS04*7H20 - следы; MnS04 - следы; глюкоза - 10,0; мел - 5,0; агар - 1,52,0%. В качестве источника фосфора вносят (из расчета 3-5 мг Р205 на 25 мл среды) 0,056 г лецитин, или 0,025 нуклеиновой кислоты. Лецитин предварительно растворяют 96% спирта. Стерилизация среды при 1 атм, в течение 20-30 мин. Для подавления сопутствующей микрофлоры перед разливом в среду вносят 1% р-р фенола из расчета 50 мл/л [11]. 3.1.3 Методы исследования Для проведения данной научно-исследовательской работы были использованы следующие методы: 1) Определение влажности активного ила. ГОСТ 28268-89 «Почвы. Методы определения влажности, максимальное гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений». Метод определения влажности на аппарате Чижовой с помощью бумажных конвертов [31]. 2) Определение зольности активного ила. ГОСТ 27784-88 «Почвы. Метод определения зольности торфяных и оторфованных горизонтов почв». Зольность в процентах рассчитывали по массе остатка после прокаливания [30]. 3) Определение органического вещества. ГОСТ 26213-91 Почвы. Методы определения органического вещества. Проводили определение органического вещества по методу Тюрина в модификации В.Н. Симакова. Данный метод основан на окислении углерода органического вещества 26

сернокислым раствором дихромата калия, избыток которого оттитровывается раствором соли Мора [29]. 4) Определение выхода свободных гуминовых кислот. Содержание гуминовых кислот определяется по ГОСТ 9517-94 «Топливо твердое. Методы определения выхода гуминовых кислот» [32]. Для определения фаз нитрификации при выделении чистых культур микроорганизмов проводили ряд проб: 5) Проба на аммиак. В фарфоровую чашечку вносят 2-3 капли культуральной жидкости и 1 каплю реактива Несслера. В присутствии аммиака появляется желто-оранжевое окрашивание, при его избытке – коричневые хлопья [37]. 6) Проба на азотистую кислоту или нитриты. В фарфоровую чашечку вносят 2-3 капли культуральной жидкости, каплю 20 %-ной серной кислоты и 1-2 капли реактива цинк-йод-крахмал. В присутствии азотистой кислоты появляется синее окрашивание [37]. 7) Проба на нитриты. К 5 мл культуральной жидкости добавить 0,5 мл реактива Грисса и нагреть до 70-80° С на водяной бане. Появление розового окрашивания той или иной интенсивности свидетельствует о наличии нитритионов в пробе [37]. 8) Проба на азотную кислоту или нитраты. Делают при отсутствии аммиака (в присутствии нитритов можно добавить для их нейтрализации несколько кристаллов мочевины). В фарфоровую чашечку вносят 2-3 капли культуральной жидкости и 1-2 капли дифениламина в крепкой серной кислоте. В присутствии азотной кислоты появляется синее окрашивание [37]. 9) Проба на нитраты. Нитраты восстанавливаются до аммиака, который обнаруживается по покраснению фенолфталеиновой бумаги или по посинению красной лакмусовой, смоченной дистиллированной водой и внесенной в пары исследуемого раствора [37]. 27

10) Окраска по Граму. Данный метод окраски позволяет дифференцировать бактерии по биохимическим свойствам их клеточной стенки на грамотрицательные и грамположительные. 11) Метод Трухильо. Позволяет определить наличие спор у микроорганизмов. 12) Определение Определение пероксидазной активности проводят ферментативной колориметрическим активности. методом при добавлении к культуральной жидкости 1% раствора гидрохинона и 0,5% раствора перекиси водорода. 13) Определение полифенолоксидазной ферментативной активности. Определение активности проводят колориметрическим методом при добавлении к культуральной жидкости 1% раствора гидрохинона. 14) Биосовместимость выделенных культур микроорганизмов. Для установления биосовместимости (антагонистов) исследуемых культур микроорганизмов определялись их антагонистические свойства друг к другу. В стерильную водопроводную воду объемом 5 мл вносили бактериальной петлей исследуемую суточную культуру микроорганизмов, затем стерильной пипеткой отбирали 0,1 л и засеивали газоном на мясо-пептонный агар. Поверх засеянной культуры микроорганизмов проводили штриховой посев исследуемой культуры микроорганизмов и ставили в термостат при температуре +30˚ на 7 дней. Эксперимент проводили в трех повторностях. 28

3.2 Результаты и их обсуждения 3.2.1 Определение параметров переработки активного ила в удобрение В данной научно-исследовательской работе для переработки активного ила с целью получения удобрения использовали комбинированный метод обработки активного ила, включающем в себя две стадии. Первая стадия проводится путем обработки активного ила серной кислотой с последующей нейтрализацией гидроксидом натрия. Данная стадия необходима для обезвреживания активного ила от патогенной микрофлоры и дальнейшей возможности его оценки для использования в качестве удобрения. Возможность эффективного использования активного ила в сельском хозяйстве определяли по количеству выхода свободных гуминовых кислот. На второй формировали консорциум микроорганизмов для обогащения активного ила полезными веществами. Для проведения гидролиза определяли влажность сухого активного ила в 3-повторностях с массой навески 1±0,001 г. Результаты представлены в таблице 2. Таблица 2 – Определение влажности по ГОСТ 28268-89 № Масса металлического бюкса, г 1 27,0644 2 26,3912 3 26,3239 Ср. значение влажности Масса бюкса с навеской до сушки 28,0644 27,3928 27,3251 Масса бюкса с навеской после сушки 27,9614 27,2828 27,2245 Влажность, % 11,48 12,34 11,17 11,66 Расчет влажности W проводили по формуле: W= m1 −m0 m0 −m ∙ 100, (1) где m1–масса бюкса с навеской активного ила до сушки, г; m0 - масса бюкса с навеской активного ила после сушки, г; m – масса металлического бюкса, г. 29

За результат анализа принимали среднее арифметическое значение результатов трех параллельных определений. Вычисления проводили до второго десятичного знака с последующим округлением результата до первого десятичного знака. Для проверки результатов на влажность использовали прибор Чижовой, отличительной особенной, которого использование бумажных конвертов, что позволяет определить влажность с точностью до 0,01%.Опыт проводили в 4-х повторностях с массой навески 1±0,001 г, при температуре в 160С. Результаты представлены в таблице 3. Таблица 3 – Определение влажности с помощью прибора Чижовой № Масса конверта, г 1 0,8966 2 0,8994 3 0,8742 4 0,8821 Ср. значение влажности Масса конверта с навеской до сушки 1,8966 1,8999 1,8746 1,8821 Масса конверта с навеской после сушки 1,7979 1,7981 1,7559 1,7813 Влажность, % 10,95 11,33 13,46 11,21 11,74 Расчет влажности W проводили по формуле (1). Полученный результат по ГОСТ 28268-89 и высушенные на приборе Чижовой совпадают, разница в 0,08% можно пренебречь в дальнейших расчетах и использовать значение влажности 11,7%. Производили расчет необходимой концентрации серной кислоты на гидролиз с последующей нейтрализацией 10%-ным раствором гидроксида натрия. Проводили пробоподготовку активного ила (мелко измельчали и просеивали через сито с диаметром отверстия 1 мм), помещали в колбы объемом на 250 мл в количестве 10 г на каждый вариант концентрации серной кислоты (5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%). Серную кислоту данных концентраций готовили из расчета на 22,3 мл дистиллированной воды, что соответствовало 30

при внесении в среду влажности 60%, рассчитанной по формуле (1), которая составляет 11,7%. Пробы готовили в 3-х повторностях. Подбор концентрации серной кислоты для гидролиза. В активный ил добавляли серную кислоту концентрацией от 5 до 10% и стерилизовали в автоклаве при давлении 1,5 ати и температуре в 125С в течение 30 минут, где происходил процесс гидролиза. По окончании гидролиза пробы дополнительно выдерживали на водяной бане при 70С в течение 30 минут, для уничтожения бесспоровых форм микробов. Для проверки на зараженности гидролизованного активного ила делали посев на чашки с МПА в 3-х повторностях. Чашки культивировали в термостате при 30±2С в течение двух дней. По окончании двух дней судили о росте колоний на чашках, при правильно подобранных параметрах кислотного гидролиза, колонии отсутствовали на всех чашках одной повторности. После выдерживания и проверки на зараженности устанавливали рН гидролизованного активного путем нейтрализации незараженных колб 10%ным раствором гидроксида натрия, до рН 6,0– 7,0. Результаты представлены в таблице 4. Таблица 4 – Результаты подбора концентрации серной кислоты для гидролиза активного ила Масса № активного колбы ила, г I II III IV V VI 10 Концентрация H2SO4 % мл 5 6 7 8 9 10 22,50 22,54 22,58 22,62 22,66 22,7 Объем Результаты высева 10%Ср. ного р- 1 повт- 2 повт- 3 повтть, ть, ть, знач раNaOH, КОЕ/мл КОЕ/мл КОЕ/мл КОЕ/мл мл 3,8 2 1 2 1,6 4 0 0 0 0 4,5 0 0 0 0 4,8 0 0 0 0 5 0 0 0 0 5 0 0 0 0 31

Данный метод позволяет выбрать параметры гидролиза, при которых затрачивается наименьшее количество серной кислоты и гидроксида натрия. По окончании гидролиза определяли зараженность проб активного ила посевом на чашки Петри с МПА и последующим культивированием. В нашем случае подходящим параметром гидролиза является минимальная концентрация серной кислоты 6% вносимой в количестве 0,24 мл и 10%-ного раствора гидроксида натрия 4 мл, пошедшего на нейтрализацию. Посев на чашки Петри не показал зараженности проб гидролизованного активного ила. По наибольшему выходу свободных гуминовых кислот определяли подходящую концентрацию серной кислоты, а так же проводили оценку эффективности метода переработки. Для расчета выхода гуминовых кислот необходимо определить зольность сухого активного ила, содержание органического вещества в сухом, гидролизованном и нейтрализованном активном иле, а так же рассчитать содержание гумуса в нейтрализованном активном иле. Определение зольность активного ила проводили в муфельной печи при температуре в 800±10С в течение 1 часа, в 3-повторностях с массой навески 5±0,005 г. Результаты представлены в таблице 5. Таблица 5 – Определение зольности сухого активного ила № Масса Масса тигеля, г навески, г 1 35,0542 5,0005 2 35,0397 4,9996 3 35,1307 4,9997 Ср. значение зольности Масса тигеля с навеской после сушки, г 37,0259 37,101 37,0112 Масса золы, г 1,9717 2,0613 1,8805 Зольность, % 44,65 46,69 42,60 44,65 Зольность активного ила составляет 44,65% - используется в пересчетах на сухую беззольную массу, которая применяется в методе И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова и в методе определения гуминовых кислот. Расчет зольности Асух сухого активного ила проводил по формуле: 32

Асух = H1 ∙100∙100 H∙(100−B) , (2) где H1 – масса золы, полученная послу озоления в муфельной печи, Н – масса навески активного ила, В – влажность, рассчитанная по формуле (1). Определение органического вещества Перед началом определения содержания органического вещества сухого активного ила проводили расчет нормальности раствора 0,2 н. соли Мора по формулам: Nсоли Мора = NK2Cr2O7 = 0,1 н∙VКМпО4 Vсоли Мора = 0,1∙18,3 NсолиМора ∙VсолиМора 10 мл 10 = = 0,183 н, 0,183∙22 10 = 0,402 н, Нормальность раствора соли Мора устанавливают и проверяют по 0,1 н. раствору KMnO4. Определение органического вещества проводили со следующими пробами: сухой, гидролизованный и нейтрализованный активный ил. В сухом активном иле проводили в 3-х повторностях с холостыми пробами. Масса навески сухого, гидролизованного и нейтрализованного активного ила в определение содержания органического вещества брали в количестве 0,05 г. Расчет органического вещества проводили по формуле: С%= (а∙𝑁K2Cr2O7−𝑏∙𝑁солиМора )∙100∙0,003∙ 𝑚н , (3) где a –количество раствора K2Cr2O7 (мл), взятое для окисления органических веществ; b – количество соли Мора (мл), затраченное на титрование избытка хромовой кислоты; mн – навеска воздушно-сухой активного ила (г); 0,003 –количество углерода (мгэкв). Содержание органического углерода в активном иле пересчитывали на содержание гумуса, то есть на общее содержание органических веществ. Для этого процентное содержание углерода умножают на коэффициент, равный 1,724. Полученные данные представлены в таблицах 6, 7 и 8. 33

Таблица 6 - Содержание органического вещества в сухом активном иле рассчитанному по формуле (3) № пробы 1 2 3 Ср. знач. Холостая проба, мл 18,9 20,5 19,8 19,7 Опытная проба, мл 6 10 7,5 7,83 Содержание орг. вещества, % 17,53 13,14 15,89 15,52 Пересчет на гумус, % 30,23 22,65 27,39 26,75 Содержание гумуса в сухом активном иле составляет 26,75%, что выше в 2,6 раза чем содержание гумуса в черноземе. Полученный результат демонстрирует преимущества не переработанного активного ила и в его использование в качестве биоудобрения. Для подбора оптимальных параметров гидролиза активного ила, следует рассчитать содержание органического вещества и пересчет гумуса в пробах с гидролизованным и нейтрализованным активным илом. Таблица 7 - Содержание органического вещества в гидролизованном активном иле рассчитанному по формуле (3) Конц. серной кислоты, % 6 7 8 9 10 Холостая проба, мл 22 22 22 22 22 Опытная проба, мл 16,9 16 17,2 16,2 17,4 Содержание орг. вещества, % 2,63 5,50 6,34 5,32 1,87 Пересчет на гумус, % 4,53 9,48 10,92 9,16 3,23 Таблица 8 - Содержание органического вещества в нейтрализованном активном иле рассчитанному по формуле(3) Конц. серной кислоты, % 6 7 8 9 10 Холостая проба, мл 22 22 22 22 22 Опытная проба, мл 17,9 17,1 17,5 18,3 17,6 34 Содержание орг. вещества, % 2,11 4,49 5,94 3,39 1,79 Пересчет на гумус, % 3,64 7,74 10,24 5,85 3,09

На основании полученных данных в таблице 7 и таблице 8, максимальное содержание органического вещества в гидролизованной пробе составляет 6,34%, а в нейтрализованной пробе 5,94%, соответственно содержание гумуса 10,92% и 10,24%. По данным М. М. Кононовой среднее содержание гумуса в количестве 10% относится к типу почв – черноземы, что соответствует пробе активного ила с концентрацией серной кислоты 8%. На основание этих данных по содержанию гумуса следует внести корректировки в ранее сделанный вывод об оптимальных параметрах гидролиза активного ила. 3.2.2 Определение выхода свободных гуминовых кислот Концентрацию свободных гуминовых кислот определяли в сухом и нейтрализованном активном иле, для корректировки оптимальных параметров гидролиза и оценки эффективности переработанного активного ила в качестве удобрения. Выход свободных гуминовых кислот (НА), в пересчете на сухое беззольное состояние в процентах вычисляют по формуле: НА = 100 ∙V ∙(m1 −m2 ) V1 ∙m , (4) где m1 – масса сухих гуминовых кислот, г; m2 – масса золы гуминовых кислот, г; V – общий объем щелочного раствора, см3; V1 – объем аликвоты щелочного раствора, взятой для осаждения гуминовых кислот, см3; m – масса навески активного ила в расчете на сухое беззольное состояние, г, вычисленная по формуле: 𝑚 = 𝑚3 ∙ 100− (𝑊а +Аа ) 100 , (5) где m3 – масса навески активного ила; Wa – массовая доля аналитической влаги в активном иле, %; Aa – зольность аналитической пробы активного ила, %. 35

Результаты определения выхода гуминовых кислот вычисляют с точностью до 0,1% Расчет аналитической влажности Wа проводили по формуле: Wa = m2 −m1 m2 −m ∙ 100, (6) где m2 – масса бюкса с фильтром до сушки, m1– масса бюкса с фильтром после сушки, m–масса навески сухих гуминовых кислот. Масса навески m рассчитывается по формуле: m = m1 − mб + mф , (7) где mб – масса бюкса, mф –масса фильтра. Результаты представлены в таблице 9. Таблица 9 – Определение аналитической влажности. Конц. серной кислоты, % 6 7 8 9 10 Сухой акт. ил Масса бюкса, г. 26,8407 26,6616 26,7189 26,4223 27,5028 31,3784 Масса фильтра, г. 0,8387 0,8338 0,8396 0,8746 0,8345 0,8104 Масса бюкса с фильтром до сушки, г. 31,4301 30,9863 31,0681 31,4563 32,0112 40,1088 Масса бюкса с Влажность фильтром аналитическая, после сушки, г. % 30,5955 22,25 29,911 30,80 29,6368 40,78 29,9532 36,14 30,7561 34,16 39,0025 13,97 Расчет аналитической зольности Aa проводили по формуле: Аа = m2 −m1 m2 −m , (8) где m2 – масса тигля с фильтром до сушки, m1– масса тигля с фильтром после сушки, m–масса навески золы. Масса навески m рассчитывается по формуле: m = m1 − mт + mф , (9) где mб – масса тигеля, mф – масса фильтра. Результаты представлены в таблице 10. 36

Таблица 10 – Определение аналитической зольности Конц. серной кислоты, % Масса фильтра, г. 2 0,8387 0,8338 0,8396 0,8746 0,8345 0,8104 1 6 7 8 9 10 Сухой акт. ил Тигель, г. 3 36,7954 34,9424 35,5951 37,9964 38,0157 33,1299 Масса тигля с фильтром до сушки, г. 4 39,7115 37,358 37,6734 40,6527 40,4345 39,9436 Масса тигля с Зольность фильтром аналитическая, после сушки, г. % 5 6 39,1561 26,74 36,864 31,23 37,1878 39,20 39,9153 41,39 39,6643 48,61 37,775 36,12 Расчет гуминовых кислот ведется по формулам (4) и (5). Масса навески рассчитывается с помощью аналитической влажности Wa и зольности Aa по формулам (6) и (8) соответственно. Определяется масса сухих гуминовых кислот, используя данные: масса бюкса, масса фильтра и массы бюкса с фильтром после сушки в сушильном шкафу. Масса золы гуминовых кислот определяется по данным: масса тигля, масса фильтра и массы тигля с фильтром после сушки в муфельной печи. Результаты представлены в таблице 11. Таблица 11 - Определение гуминовых кислот в сухом и нейтрализованном активном иле Конц. серной кислоты, % Масса сухих гуминовых кислот, г. Масса золы гуминовых кислот, г. Общий объем щелочного раствора, мл 6 7 8 9 10 Сухой акт. ил 2,9161 2,4156 2,0783 2,6563 2,4188 1,522 1,0878 0,7531 1,0443 0,8141 87 88 100 78 79 Масса навески беззольное сухое, г. 4,478 4,472 4,464 4,465 4,463 6,8137 3,8347 85 4,477 Гуминовые кислоты, % 27,09 26,13 29,69 28,16 28,41 56,55 Наибольший выход гуминовых кислот в сухом активном иле 56,55% и на пробе с концентрацией серной кислоты 8% составляет 29,69%, что 37

превосходит по содержанию гуминовых кислот – чернозем по данным М.М. Кононовой. 3.2.3 Выделение, идентификация чистых культур микроорганизмов, определение их ферментативных активностей и формирование консорциумов Следующей стадией переработки является внесение культур микроорганизмов (консорциума) в обработанный (обезвреженный) активный ил. Для формирования консорциума микроорганизмов выделяли нитрифицирующие и фосфатобилизующие микроорганизмы, так как данные бактерии способны переводит азот и фосфор в более доступную форму для растений. Для выделения чистых культур использовали в качестве объекта почву р. Селенга. Проводили первичную идентификацию выделенных культур и проверяли наличие пероксидазной и полифенолоксидазной активностей. Пробоподготовку проводили методом разведения в колбах с 1 по 6 разведение. Из каждого разведения высевали на среду Виноградского и среду для фосфатмобилизующих микроорганизмов. Полученные чистые культуры идентифицировали и проводили тесты на ферментативную активность. Для выделения нитрифицирующих бактерий использовали жидкую среду Виноградского. Питательную среду наливают в плоскодонные колбы Виноградского или Эрленмейера на 250 мл стерилизуют в автоклаве (20 мин 0,75 атм.), заражают 0,1 г почвы с 1-6 разведение, плотно закрывают ватными пробками, подписывают и помещают в термостат при температуре 25-30 ºС. Необходимо было создать элективные условия для нитрификации: 1) присутствие в среде аммиачной формы азота; 2) отсутствие в среде органических форм углерода, так как нитрифицирующие бактерии строгие автотрофы; 38

3) аэробные условия за счёт тонкого слоя среды на большой поверхности дна колбы; 4) нейтральная среда за счёт внесения мела; 5) набор минеральных элементов питания. Для наблюдения за ходом нитрификации на 7, 14, 21 и 28-й день производили капельные реакции на аммиак, азотистую и азотную кислоты. Посев почвы на элективную среду Виноградского производили с 1-6 разведение в 2-х повторностях. На 7,14,21 и 28 день производили пробы на аммиак, азотистую кислоту и нитраты. Результаты указаны в таблице 12. Таблица 12 – Результаты процесса нитрификации, выделенных штаммов № колбы 1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 + + + - + + - + - + - + + + + + + + - + + + + - - - - + + + + + + + + + - + + - + + + + + + + - + + + - Пробы Проба на аммиак Проба на азотистую кислоту Пробы на нитриты Пробы на азотную кислоту Пробы на нитраты Проба на аммиак Проба на азотистую кислоту Пробы на нитриты Пробы на азотную кислоту Пробы на нитраты Проба на аммиак Проба на азотистую кислоту Пробы на нитриты Пробы на азотную кислоту Пробы на нитраты Проба на аммиак Проба на азотистую кислоту Пробы на нитриты Пробы на азотную кислоту Пробы на нитраты 7-й день + + + 14-й день + + + + + + + 21-й день + + + + + + 28-й день + + + + 39

Исследование процесса нитрификации производили в течении 28 дней. Фазы нитрификации протекали параллельно. Первую фазу наблюдали с 7 дня культивирования, вторую фазу отмечали на 14 сутки. Фосфатобилизующие микроорганизмы выделяли путем посева на элективную среду. Для определения родовой идентификации выделенных культур применяли общеизвестные микробиологические методы в соответствии со справочником Берджи. Результаты представлены в таблице 13. Таблица 13 – Определение морфологических свойств чистых культур, выделенных из почвы Штаммы 1 N1 N2 N3 F1 Форма клеток Описание колоний 2 3 Форма-округлая, размер - мелкие, поверхность - гладкая, профиль палочковидн выпуклый, прозрачность - тусклая, ые цвет - белый, край - ровный, структура расположен - однородная, консистенция ы одиночно слизистая Форма – округлая, размер – мелкие, палочковидн поверхность – шероховатая, профиль ые –выпуклый, прозрачность – матовая, расположен цвет – прозрачный, край – ровный, ы одиночно, структура – однородная, консистенция парами – слизистая Форма – округлая, размер – мелкие, кокковидны поверхность – гладкая, профиль е выпуклый, прозрачность – тусклая, расположен цвет – желтый, край – ровный, ы одиночно, структура – зернистая, консистенция парами слизистая Форма – округлая, размер – крупные, палочковидн поверхность – морщинистая, профиль ые – выпуклый, прозрачность – расположен блестящая, цвет – белый, край – ы одиночно, волнистый, структура – однородная, цепочкой консистенция – слизистая 40 Окраска по Граму Спорообра зование 4 5 Грам «-» нет Грам «-» нет Грам «-» нет Грам «-» есть

Продолжение таблицы 13 1 F2 F3 F4 2 Форма – овальная, размер – крупные, поверхность – морщинистая, профиль – выпуклый, прозрачность – блестящая, цвет – белый, край – ровный, структура – однородная, консистенция - слизистая Форма – округлая, размер – крупные, поверхность – морщинистая, профиль – выпуклый, прозрачность – блестящая, цвет – прозрачный, край – волнистый, структура – однородная, консистенция - слизистая Форма – округлая, размер – мелкие, поверхность – гладкая, профиль – выпуклый, прозрачность – матовая, цвет – желтый, край – ровный, структура – однородная, консистенция –слизистая 3 4 5 Палочковид ные расположен ы одиночно, цепочкой Грам «-» есть Кокковидны е расположен ы одиночно Грам «-» есть Палочковид ные, расположен ы одиночно Грам «-» есть На основании морфологических свойств предположили родовую принадлежность штаммов. Штаммы N1 и N2 - предположительно относится к роду Nitrosomonas, а штамм N3 - к роду Nitrococcus, штаммы F1 и F2 - к роду Desulfotomaculum, штамм F3 - к роду Desulfococcus, штамм F4 - к роду Clostridium. 3.2.4.Определение параметров роста выделенных культур и их ферментативных активностей При культивировании микроорганизмов особое значение имеют физикохимические условия среды. Правильно подобранные условия способствуют нормальной жизнедеятельности микроорганизмов, а так же дают возможность получения наибольшего пророста биомассы. Особое внимание уделяют температуре роста микроорганизмов и рН среды при культивировании. Температура – один из важнейших факторов внешней среды, влияющий на микроорганизмы. Действие температуры на рост микроорганизмов 41

обусловлено ее воздействием на скорость химических реакций в клетке и состояние клеточных макромолекул. Реакция среды оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Для каждого микроорганизма существует своя оптимальная зона рН, в пределах которой он может развиваться. Для выделенных штаммов определяли температуру культивирования и рН среды, при которых рост культур был наибольший. Штаммы засевали на элективные среды с рН от 5,0 до 8,0 и культивировали при температуре от 20 до 40˚С. Результаты указаны в таблице 14. Таблица 14 – Определение температуры и рН, выделенных штаммов Штаммы N1 N2 N3 F1 F2 F3 F4 Температура,˚С 30±1,8 30±1,2 30±0,7 30±1,2 30±1,6 30±1,5 37±2,1 рН 6,0±1,3 7,0±0,2 6,5±0,5 6,5±0,5 6,0±0,9 7,0±0,2 7,0±0,5 Определены общие диапазоны температур и рН для штаммов N1, N2, N3, F1, F2 и F3 29-31˚С и рН 6,0-7,0. Штамм F4 растет при температуре 3739˚С и рН 7,0-7,5. Для получения гуминовых соединений необходимо исследовать у выделенных микроорганизмов наличие пероксидазной и полифенолоксидазной активности. Ферменты пероксидаза и полифенолоксидаза участвуют в процессе гумусообразования. Полифенолоксидаза катализирует окисление полифенолов в хиноны в присутствии свободного кислорода воздуха. Пероксидаза же катализирует окисление полифенолов в присутствии перекиси водорода или органических перекисей. При этом ее роль состоит в активировании перекисей, поскольку они обладают слабым окисляющим действием на фенолы. Далее может происходить конденсация хинонов с аминокислотами и пептидами с образованием первичной молекулы гуминовой 42

кислоты, которая в дальнейшем способна усложняться за счет повторных конденсаций. Определение пероксидазной активности. К 1 г культурального активного ила добавляют 10 мл свежеприготовленного 1% раствора гидрохинона. Добавляют 1 мл 0,5% раствора перекиси водорода, перемешивают, ставят в термостат на 30 минут при 30°С. Контроль – смесь раствора гидрохинона и перекиси водорода без активного ила. После инкубации добавляют по 10 мл этилового спирта. Перемешивают, фильтруют. Колориметрируют при 440 нм. Определение полифенолоксидазной активности. К 1 г культурального активного ила добавляют 10 мл свежеприготовленного 1% раствора гидрохинона. Контроль – раствор гидрохинона без активного ила. После инкубации добавляют по 10 мл этилового спирта. Перемешивают, фильтруют. Колориметрируют при 440 нм. Результаты представлены в таблице 15. Таблица 15 – Ферментативная активность выделенных штаммов Штаммы Пероксидазная активность Полифенолоксидазная активность N1 + + N2 + + N3 + + F1 + + F2 + F3 + F4 Примечание: «-» - наличие активности, «+» - присутствие активности Штаммы N1, N2, N3 и F1 – имеют полифенолоксидазную и пероксидазную активность, а штамм F2 только полифенолоксидазную активность, штамм F3 только пероксидазную активность, штамм F4 не имеет данных активностей. Штамм F4 в дальнейшем для исследований использоваться не будет. 43

3.2.5 Определение биосовместимости выделенных культур микроорганизмов и формирование на их основе консорциума Для формирования консорциума необходимо было определить антагонистические свойства выделенных штаммов: N1, N2, N3, F1, F2 и F3 друг к другу и установить их биосовместимость. Результаты исследования представлены в таблице 16. Таблица 16 – Биосовместимость штаммов Штаммы N1 N2 N3 F1 F2 F3 N1 ++ ++ ++ + + + N2 ++ ++ ++ + + + N3 ++ ++ ++ + + + F1 + + + ++ F2 + + + ++ F3 + + + ++ Примечание: оценку совместимости культур микроорганизмов проводили по четырехбальной шкале по степени интенсивности роста исследуемых культур: «-» – отсутствие роста или наличие зоны просветления; «+» – средний рост; «++» – хороший рост. Из таблицы 16 видно, что штаммы N1, N2, N3 совместимы между собой, а так же со штаммами F1, F2 и F3. А F1 не совместим со штаммами F2 и F3, так же штамм F2 не совместим со штаммами F1 и F3, и штамм F3 не совместим со штаммами F1 и F2. В последующем при формировании консорциума учитывали данную информацию. На основании результатов полученных в таблицах 14, 15 и 16 составлены варианты консорциумов микроорганизмов, представленных в таблице 17. Таблица 17 – Варианты консорциумов микроорганизмов Штаммы Варианты №1 Варианты №2 Варианты №3 N1, N2, N3 и F1 N1, N2, N3, F1 и F2 N1, N2, N3, F1 и F3 44

Консорциум №1 (N1, N2, N3, F1 и F1): температура роста 29-31˚С, рН 6,0-7,0. Обладает полифенолоксидазной и пероксидазной активностями. Консорциум №2 (N1, N2, N3, F1 и F2): температура роста 29-31˚С, рН 6,0-7,0. Обладает полифенолоксидазную активностью, пероксидазной не обладает. Консорциум №3 (N1, N2, N3, F1 и F3): температура роста 29-31˚С, рН 6,0-7,0. Обладает преимущественно полифенолоксидазной не обладает. 45 пероксидазной активностью,

Глава 4 Технологическая часть 4.1 Характеристика готовой продукции Готовый продукт представляет собой гуминовое удобрение на основе активного ила. Это желеобразное вещество черно-коричневого цвета. Готовый продукт может быть использован в качестве удобрения сельскохозяйственных культур, для рекультивации почвы. Фасовку проводят в пластиковую тару по 1 ,5 и 10 кг. Условия хранения: при температуре 5-25 ˚С, в темном месте. Срок хранения – 6 месяцев. 4.2 Характеристика основного и воспитательного сырья Таблица 18 - Характеристика сырья, вспомогательных материалов, полупродуктов Наименова Обознач ние ение НД 1 2 Избыточн ГОСТ Р ый 17.4.3.07 активный -2001 ил Сорт или артикул 3 Показатели обязательные для проверки 4 1) Агрохимические показатели осадков: 2) Массовая доля органических веществ - не менее 20 % на сухое вещество (ГОСТ 26213); 3) Реакция среды (pH) - 5,5-8,5 (ГОСТ 26483); 4) Массовая доля общего азота (N) - не менее 0,6 % на сухое вещество (ГОСТ 26715); 5) Массовая доля общего фосфора (P2O5) - не менее 1,5% на сухое вещество (ГОСТ 26717); 6) Допустимое валовое содержание тяжелых металлов и мышьяка в осадках: 7) Санитарно-бактериологические и санитарнопаразитологические показатели осадков: 8) Бактерии группы кишечной палочки – 100 клеток/г осадка фактической влажности для 1 группы; 1000 клеток/г осадка фактической влажности для 2 группы. 9) Патогенные микроорганизмы – отсутствие в 1 и 2 группе. 10) Яйца геогельминтов и цисты кишечных патогенных простейших - отсутствие в 1 и 2 группе. 46

Продолжение таблицы 18 1 Кислота серная 2 ГОСТ 2184-77, 3 А Техническа я, 1 сорт. ОКП 21 2111 0300 Натр едкий ГОСТ 2263-79 РХ. Первый сорт ОКП 21 3221 0530 4 1) Массовая доля моногидрата – не менее 92,5%. 2) Массовая доля железа – не более 0,02%. 3) Массовая доля остатка после прокаливания – не более 0,05%. 4) Цвет, см3 раствора сравнения – не более 1 см3. 1) Внешний вид - бесцветная или окрашенная жидкость. Допускается выкристаллизованный осадок; 2) Массовая доля гидроксида натрия - не менее 45,5 %; 3) Массовая доля углекислого натрия – не более 1,1 %; 4) Массовая доля хлористого натрия – не более 1,0 %; 5) Массовая доля железа в пересчете на Fe2O3 – не более 0,008 %; 6) Сумма массовых долей окислов железа, алюминия - не более 0,05 %; 7) Массовая доля кремниевой кислоты в пересчете на SiO3 – не более 0,5, %; 5) Массовая доля меди – не более 0,002 %. 4.3 Описание технологического процесса переработки активного ила для получения удобрения По результатам исследования были разработаны технологическая блоксхема, представленная на рисунке 6 и аппаратурная схема, представленная на рисунке 7. ВР 1. Подготовка питательной среды. ВР 1.1. Кислотный гидролиз. В реактор гидролиза (1) из дозатора (2) активный ил и из дозатора (3) подается раствор 8%-ой Н2SO4 и проводят гидролиз острым паром при давлении 1,5 ати и температуре в 125˚С в течение 30 минут. ВР 1.2.Выдерживание. После гидролиза смесь выдерживают при 70˚С в течение 30 минут. 47

ВР 1.3. Нейтрализация. После выдерживания для нейтрализации в гидролиз аппарат (1) из дозатора (4) подается 10% раствор гидроксида натрия. Нейтрализованную смесь подают в ферментер (5). ТП 1. Подготовка посевного материала. ТП 1.1. Подготовка посевного материала в лабораторных условиях. Посевной материал представляет собой консорциум микроорганизмов. Выращивание проходит при оптимальных параметрах температуре 30˚С рН 6,0-7,0. ТП 1.2. Подготовка посевного материала в инокуляторе. ТП 2. Ферментация. В ферментер (5) поступает питательная среда и посевной материал. Ферментацию проводят при температуре 30˚С рН 6,0-7,0 до концентрации клеток в питательной среде 12*107 кл/кг. УМО 1. Фасовка. Готовый продукт фасуют в пластиковую тару по1,5 и 10 кг. УМО 2. Маркировка. 48

Рисунок 6 – Технологическая блок-схема производства гуминовых удобрений Рисунок 7 – Аппаратурная схема производства гуминового удобрения 49

4.4 Расчет материального баланса Таблица 19 – Расчет материального баланса на 100 кг активного ила Процесс Кислотный гидролиз Нейтрализация Ферментация Приход (кг) Активный ил – 100 8 %-ый р-р Н2SO4 – 226,2 Гидролизованный активный ил – 326,2 10 %-ый р-р NaOH – 48 Нейтрализованный активный ил – 374,2 Посевной материал – 18,7 50 Расход (кг) 326,2 374,2 392,9

Глава 5 Экономическая часть 5.1 Производственный план Планирование производственной программы начинается с определения годовой производственной мощности. Mгод  Мсм  Kсм , (12) где Мгод – годовой объем производства продукции в натуральном выражении, (т, кг, л, мл и др.); Мсм – объем производства продукции в смену; Ксм – количество рабочих смен за год. За смену предприятие производит 392,9 кг гуминового удобрения, а количество смен в году равняется 248. Соответственно, Мгод = 392,9 х 248= 97 439,2 [кг] Для того чтобы рассчитать товарную продукцию, необходимо установить цены на продукцию. Оптовые цены рассчитываются на основе розничных цен по формуле (13): Цопт  Црозн  (S  Црозн) , (13) где Цопт – оптовая цена продукции, руб.; Црозн – розничная цена, руб.; S – размер торговой скидки (как правило, от 3 до 8%). Таблица 20 – Расчет оптовых цен на продукцию Наименование изделий Гуминовое удобрение Розничная цена за ед., руб. 180 Торговая скидка, руб. 14,4 Оптовая цена за ед., руб. 165,6 На основе рассчитанных выше показателей определяется товарная продукция (ТП): ТП  Mгод  Цопт , (14) 51

Таблица 21 – Расчет товарной продукции Наименование изделий Гуминовое удобрение 5.2 Выработка в год, кг. 97 439,2 Оптовая цена за ед., руб. 165,6 Товарная продукция, руб. 16 135 931,5 План материально-технического снабжения Количество материалов на единицу продукции определяется по данным материального баланса. qед  qсут m , (15) где qсут - количество материалов, необходимых на суточный объем производства продукции; m – масса продукции, произведенной за сутки. Стоимость материалов, потребляемых при производстве единицы продукта, рассчитывается по формуле (5): Sед  Цмед.  qед , (16) где Цмед. – цена за единицу материалов; qед – количество материалов для производства единицы продукции. Далее рассчитывается суммарная стоимость сырья и материалов за год. Sгод  Sед  Мгод , (17) К полученной сумме добавляют ТЗР – транспортно-заготовительные расходы (3-7% от стоимости сырья и материалов). Таблица 22 – Расчет стоимости основных материалов на единицу готовой продукции и на годовой объем производства Наименование основных материалов Активный ил Серная кислота Щелочь Итого Наименование изделий Стоимость на годовой объем на ед. продукции сырья, производства руб./ед. Количество Стоимость, Количество Стоимость, сырья руб. сырья руб. 5 0,25 1,25 24 359,8 121 799 80 0,57 45,6 55 540,34 4 443 227,52 41 0,12 4,92 11 692,7 479 400,86 51,77 5 044 427,38 52

ТЗР 3,62 Расчет количества и стоимости 353 109,92 электроэнергии и воды на технологические нужды. Количество и стоимость электроэнергии на технологические нужды ведется по нормам расхода на 1 кг готового продукта, умноженным на объем производства в год, а затем на тариф за 1 кВт-час 4 руб. 50 коп. Результаты расчетов заносят в таблицу 23 Таблица 23 – Расчет электроэнергии на технологические нужды Наименование изделий Выработка в год, ед. Норма расхода электроэнергии, кВт-час/ед. Потребность в электроэнергии в год, тыс. кВт-час Стоимость, руб. Гуминовое удобрение 97 439,2 0,20 19 487,84 87 695,28 Расчет объема и стоимости воды на технологические нужды производят исходя из норм расхода воды на изготовление 1 кг продукции и установленного тарифа за 1 м3 воды. Что бы получить значение объема воды на технологические нужды, которая необходима для получения готового объема продукции, которая необходима для получения годового объема продукции, умножают объем воды, приходящийся на изготовление 1 кг продукции, на годовую норму выработки и установленный тариф за 1 м3 воды 21 руб. 70 коп. Результаты вычислений сводятся в таблицу 24. Таблица 24 – Расчет воды на технологические нужды Наименование изделий Гуминовое удобрение 5.3 Выработка в год, ед. 97 439,2 Норма расхода воды, м3/ед. 0,64 План по труду и заработной плате 53 Потребность в год, м3 62 361,09 Стоимость, руб. 1 353 235,61

Число работников ППП (промышленно-производственного персонала) устанавливают на основании норм технологического проектирования предприятий. Затем рассчитывается ФЗП (фонд заработной платы) производственных рабочих. Для этого нужно знать суточные тарифные ставки (ТС), норму выработки бригады в смену/сутки (Нвыр), размеры доплат и надбавок. На основе первых двух показателей определяется бригадная сдельная расценка (Рбр): Рбр   ТС i Нвыр , (18) Таблица 25 – Расчет суммы тарифных ставок Наименование профессии 1. Технолог 2. Лаборантмикробиолог 3. Аппаратчик 4.Разнорабочий Итого: Число рабочих в смену или сутки Часовая тарифная ставка рабочего, руб. Сменная или суточная тарифная ставка рабочего, руб. Сменная или суточная тарифная ставка бригады, руб. 160 160 120 100 1280 1280 960 800 1280 1280 960 800 540 4 320 4 320 1 1 1 1 4 Расчет суммарной тарифной ставки бригады за смену производиться путем суммирования произведений суточных тарифных ставок рабочих каждой профессии на количество работников соответствующей профессии. Норма выработки каждого вида продукта в смену известна из материального баланса, следовательно, бригадная сдельная расценка рассчитается по формуле (7): Рбр = 4320/392,9 = 11 руб/кг После расчета бригадной сдельной расценки определяется ФЗП по каждому виду продукции. Дополнительная заработная плата принимается укрупнено в размере 50-100% от основной. 54

Таблица 26 – Расчет заработной платы производственных рабочих Наименование изделий Выработка в год, ед. Сдельная расценка, руб./ед. Гуминовое удобрение 97 439,26 11 ФЗП по Дополнительная Годовой сдельным заработная ФЗП, руб. расценкам, руб. плата, руб. 1 071 831,2 1 071 831,2 2143662,4 После определения годового фонда заработной платы устанавливают сумму отчислений на социальные нужды, размер страховых взносов составляет 30 % от годового фонда общей (основной и дополнительной) заработной платы, в том числе:  органам социального страхования;  в пенсионный фонд;  медицинское страхование. Страховые взносы: ФОПгод*30% = 2143662,4*0,3 = 643 098,72 руб. Далее необходимо определить производительность труда и среднегодовую заработную плату на одного рабочего. Производительность труда рассчитывается по формуле: П ТП , ППП (19) где ТП – товарная продукция, руб; ППП – численность промышленно-производственного персонала, чел. П=16 135 931,5/4 = 4 033 982,88 (руб) Среднегодовая заработная плата одного рабочего рассчитывается по формуле: ЗП сред.год  ФЗП год ППП , (20) где ФЗПгод – годовой фонд заработной платы, руб. ЗПср.год =2143662,4/4 = 535 915,6 (руб) 5.4 Планирование издержек на производство и реализацию продукции 55

Совокупность издержек на производство и реализацию продукции в денежном выражении называется себестоимостью продукции. Уровень себестоимости показывает, насколько рационально предприятие использует свои производственные фонды, трудовые и финансовые ресурсы. В этом разделе производится расчёт затрат на производство продукции. В предыдущем разделе были рассчитаны затраты на сырьё, материалы, расходы на воду и электроэнергию, заработную плату, отчисления ЕСН. Необходимо рассчитать следующие статьи затрат:  расходы на подготовку и освоение новых производств  общезаводские расходы;  производственные расходы;  прочие производственные расходы;  внепроизводственные расходы. Перечисленные расходы определяются по укрупнённым показателям исходя из фактической величины, сложившейся на действующих предприятиях. Статья расходов на подготовку и освоение новых производств и видов продукции включает следующие затраты:  затраты на освоение новых производств, цехов, агрегатов;  на подготовку и освоение новых видов продукции и новых технологических процессов. Расходы принимаются равными 0,7-1,5% от фонда основной и дополнительной заработной платы производственных рабочих. ПОНП = ФЗПгод*1,5 % =2143662,4*0,015 = 32154,94 (руб), (21) Статья расходов на содержание и подготовку оборудования к ней относятся:  амортизационные отчисления на производственное оборудование и транспортные средства; 56

 расходы по эксплуатации оборудования, включающие стоимость обтирочных и прочих материалов, основную и дополнительную заработную плату с отчислениями на социальные нужды дежурно-ремонтной группы рабочих, стоимость производственной электроэнергии, стоимость услуг вспомогательных цехов, связанных с содержанием и эксплуатацией оборудования;  затраты на текущий ремонт оборудования и транспортных средств;  износ быстроизнашивающихся деталей и инвентаря.  Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования принимают 40% от фонда основной и дополнительной заработной платы.  СЭОгод = ФЗПгод*40% = 2143662,4*0,4 = 857464,96(руб) (22)   Статья общезаводских расходов включает: административно-управленческие управленческого персонала с расходы отчислениями на (заработная социальные плата нужды, канцелярские расходы и др.);  общепроизводственные расходы (заработная плата неуправленческого персонала с отчислениями на социальные нужды, содержание, текущий ремонт и амортизация зданий и сооружений, расходы по охране труда). Эти расходы принимаются равными 150% фонда основной и дополнительной заработной платы производственных рабочих. ОЗР = ФЗПпроиз.год*150% = 2143662,4*1,5 = 3215493,6(руб.) (23) Прочие производственные расходы включают производственные затраты, которые не вошли в предыдущие статьи, в частности, отчисления на научно-исследовательские работы, затраты на стандартизацию. Общая сумма расходов определяется в размере 0,05% товарной продукции. ППР=ТП*0,05%=16135931,5*0,0005=8067,97 (руб.) 57 (24)

Статья внепроизводственных расходов включает расходы по реализации продукции: расходы по таре для готовой продукции, затраты по доставке товаров покупателям, рекламу и другие расходы, связанные со сбытом готовой продукции. Величина внепроизводственных расходов принимается равной 2% от производственной себестоимости. Сумма всех статей затрат представляет собой полную себестоимость продукции; сумма всех статей за исключением внепроизводственных расходов – это производственная себестоимость (таблица 27). Таблица 27 – Производственная и полная себестоимость продукции Статьи калькуляции Наименование продукции На единицу На годовой объем продукции производства 1 97439,2 51,77 5044427,38 3,62 353109,92 55,39 5397537,30 14,79 1440930,89 Выработка продукции, ед. 1. Сырье и материалы, руб. 2. ТЗР, руб. Всего 3. Вода и электроэнергия на технологические нужды, руб. 4. Основная и дополнительная заработная плата производственных рабочих, руб. 5. Страховые взносы, руб. 6. Расходы на подготовку и освоение производства, руб. 7. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, руб. 8. Цеховые расходы, руб. 9. Общехозяйственные расходы, руб. Производственная себестоимость, руб. 10. Внепроизводственные (коммерческие) расходы, руб. Полная себестоимость, руб. 22 2143662,40 6,6 0,33 643098,72 32154,94 8,8 857464,96 33 0,08 140,99 2,82 3215493,6 8067,97 13738410,8 274768,22 143,81 14 013 179 5.5 Финансовый план Планирование цен на продукцию Уровень рентабельности можно рассчитать по формуле (25): 58

R П РП 100% , С (25) где ПРП – прибыль от реализации продукции, тыс. руб.; С – полная себестоимость продукции, тыс. руб. Прибыль определяется как разность между товарной продукцией и ее полной себестоимостью. ПРП=16 135 931,5-14 013 179= 2 122 752,48 руб, Следовательно, R=2122752,48/14013 179*100%=15,15% Таблица 28 – Расчет прибыли от реализации продукции Наименование продукции Гуминовые удобрение Товарная продукция, руб. 16135931,5 Полная Затраты на 1 себестоимость, руб. руб. ТП, руб. 14013179 0,87 Прибыль, тыс. руб. 2122752,48 Планирование прибыли Наиболее полно характеризующим результаты деятельности предприятия показателем служит балансовая (общая) прибыль. В ее состав включают прибыль от реализации продукции (работ, услуг), от прочей реализации (например, продажи основных средств и иного имущества) и прибыль/убытки от внереализационных операций (операций, не относящихся к основному виду деятельности предприятия). Чистая прибыль определяется как балансовая прибыль за вычетом суммы налога на прибыль (ставка – 20% от налогооблагаемой прибыли). Таблица 29 – Расчет чистой прибыли, тыс. руб. Показатели 1 1. Прибыль от реализации продукции, тыс. руб. 2. Из валовой прибыли, подлежащей налогообложению, исключаются: - средства, направленные на техническое перевооружение, реконструкцию, расширение производства (5% от прибыли) - взносы на благотворительные цели (2% от прибыли) 59 Значения, руб. 2 2122 752,48 106137,62 42455,05

Продолжение таблицы 29 1 3. Сумма отчислений в резервный фонд (6,67% от уставного капитала) 4. Налогооблагаемая прибыль (п.1 - п.2 - п.3) 5. Сумма налога на прибыль (20% от п.4) 6. Чистая прибыль (п.4 - п.5) 2 141587,59 1832572,22 366514,44 1466057,78 Расчет капитальных затрат на оборудование и анализ экономической эффективности производства Расчет капитальных затрат на оборудование Расчет стоимости оборудования осуществляется по каждому виду оборудования путем умножения стоимости единицы оборудования на количество единиц. Соб  Седоб  nоб , (26) где Соб – стоимость единицы оборудования данного вида; Седоб - стоимость единицы оборудования данного вида, руб.; nоб - число единиц оборудования данного вида, шт. Таблица 30 – Расчет общей стоимости оборудования Наименование оборудования Реактор гидролиза Дозатор серной кислоты Дозатор активного ила Дозатор щелочи Инокулятор Ферментер Аппарат упаковочномаркировочный Итого Количество единиц, шт. 2 2 2 2 4 8 2 Стоимость Полная стоимость, единицы, тыс. руб. тыс. руб. 400,0 800,0 50,0 100,0 50,0 100,0 50,0 100,0 150,0 600,0 350,0 2800,0 300,0 600,0 5100,0 К итогу прибавляется: 1) стоимости коммуникаций – 20% от стоимости оборудования = 1020 тыс. руб.; 2) транспортные расходы - 5% от стоимости оборудования = 255 тыс. руб.; 60

3) затраты на запчасти – 3% от стоимости оборудования = 153 тыс. 4) накладные расходы – 1,25% от стоимости оборудования = 63,75 руб.; тыс. руб.; 5) стоимость монтажа оборудования – 20% от стоимости оборудования = 1020 тыс. руб. Общие затраты на оборудование = 7611,75 тыс. руб. (7611750 рублей). Сметно-финансовый расчет на строительные работы При расчете финансовых средств на строительные работы учитывают затраты на строительство самого здания, а также расходы на установку освещения, отопительно-вентиляционной системы, водопровода и канализации. Сумма полученных результатов равна полной стоимости строительных работ. Стоимость строительной части определяется в тысячи рублей, сначала определяется объем здания в м 3, затем рассчитывается стоимость строительной части. Объем производственного здания составляет 100 м3. На проектирование и постройку производственного здания заданного объема потребуется 2500000 рублей (25000 рублей за 1 м3). Стоимость осветительной части (5% от стоимости строительных работ) – 125 000руб. Затраты на установку и отопления и вентиляции (13% от стоимости строительных работ) –325000 руб. Расходы на установление водопроводно-канализационной системы (12% от стоимости оборудования) – 300000 руб. Общие затраты на строительные работы определяются суммированием всех расходов на строительство –3250000 руб. Итоговые капитальные затраты на предприятие равны сумме общих затрат на оборудование и общих затрат на строительные работы. Результаты расчетов сводят в таблицу 31. 61

Таблица 31 – Расчет капитальных затрат Наименование объектов Оборудование Здание Всего капитальных затрат Сумма, руб. 7611750 3250000 10 861 750 % к итогу 70,08 29,92 100 В заключение рассчитывается срок окупаемости предприятия по формуле (26): Ток  К , ЧП (27) где Ток – срок окупаемости, лет; К – капитальные затраты предприятия, тыс. руб.; ЧП – чистая прибыль, тыс. руб. Ток = 10861750/1466057,78= 7,4 года. 5.6 Основные технико-экономические показатели бизнес-плана Таблица 32 – Основные технико-экономические показатели бизнесплана Показатели 1. Товарная продукция 2. Численность работников 3. Фонд заработной платы 4. Среднегодовая заработная плата 1 работника 5. Себестоимость продукции 6. Прибыль от реализации продукции 7. Рентабельность продукции 8. Чистая прибыль 9. Капитальные вложения 10. Срок окупаемости вложений 62 Ед. изм. руб. чел. руб. Значение 16135931,5 4 2143662,4 руб. 535915,6 руб. руб. % руб. руб. лет 14013179 2122752,48 15,15 1466057,78 10861750 7,4

Глава 6 Безопасность жизнедеятельности Все помещения лаборатории должны соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-91и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83. 1) Лаборатория должна быть оснащена пожарными кранами (не менее одного на этаж) с пожарными рукавами. В каждом рабочем помещении должны быть в наличии огнетушители и песок, а в помещениях с огнеопасными и легковоспламеняющимися веществами - дополнительные средства пожаротушения. 2) В помещении лаборатории на видном месте должен быть вывешен план эвакуации сотрудников в случае возникновения пожара. 3) Распоряжением по лаборатории из числа сотрудников назначается группа (3 - 5 человек), которая организует все противопожарные мероприятия, получив инструктаж местной пожарной команды. 4) Все сотрудники лаборатории должны быть обучены правилам обращения с огне- и взрывоопасными веществами, газовыми приборами, а также должны уметь обращаться с противогазом, огнетушителем и другими средствами пожаротушения, имеющимися в лаборатории. 5) В помещениях лаборатории и в непосредственной близости от них (в коридорах, под лестницами) запрещается хранить горючие материалы и устанавливать предметы, загромождающие проходы и доступ к средствам пожаротушения. 6) Курить разрешается только в отведенном и оборудованном для этой цели месте. 7) Курить в помещениях лаборатории строго запрещается! 8) Без разрешения начальника лаборатории и лица, ответственного за противопожарные мероприятия, запрещается установка лабораторных и нагревательных приборов, пуск их электропроводки. 63 в эксплуатацию, переделка

9) Все нагревательные приборы должны быть установлены на термоизолирующих подставках. 10) Запрещается эксплуатация неисправных лабораторных и нагревательных приборов. 11) После окончания работы необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех помещениях. 12) Каждый сотрудник лаборатории, заметивший пожар, задымление или другие признаки пожара обязан:  немедленно вызвать пожарную часть по телефону;  принять меры по ограничению распространения огня и ликвидации пожара;  поставить в известность начальника лаборатории, который в свою очередь должен известить сотрудников, принять меры к их эвакуации и ликвидации пожара. 6.1 Безопасность работ по выполнению лабораторных исследований В химической лаборатории следует работать в халате. В лаборатории запрещается снимать и развешивать верхнюю одежду, громко разговаривать, принимать пищу, включать и выключать рубильники и трогать приборы, не относящиеся к данной работе. Рабочее место надо содержать в чистоте, не загромождая его предметами, не относящимися к данной работе. Реактивы, пролитые и рассыпанные на столе или на полу, следует тотчас же убрать и нейтрализовать. Лишние книги и тетради не должны находиться на рабочем столе. Портфели, сумки и другие вещи необходимо помещать в специально отведенные места в лаборатории. Методические пособия, необходимые для работы, рабочий журнал следует оберегать от попадания на них воды кислот, щелочей и других химических реактивов. 64

Реактивы, предназначенные для общего пользования, нельзя уносить на свое рабочее место. Чтобы не спутать пипетки, применяемые для взятия реактивов, и пробки от склянок, после взятия требуемого количества реактива следует немедленно возвращать их на место. Прежде чем отойти от полки с реактивами, убедитесь в том, что реактив поставлен на свое место. Сухие реактивы берут чистым микрошпателем или специальной ложечкой. Если реактив взят в избытке или полностью не израсходован, воспрещается выливать или высыпать его обратно в склянку с реактивом. После использования реактивов, содержащих редкие и драгоценные металлы, их следует выливать в специальные банки. Звуковые сигналы мобильных телефонов во время работы должны быть отключены. Разговаривать в лаборатории разрешается только тихо, если нужно обратиться к преподавателю, лаборанту или товарищу, находящемуся далеко, следует к нему подойти. По окончании работы следует убрать свое рабочее место, выключить электронагревательные приборы, закрыть воду, выключить вытяжку. Рабочее место следует сдать дежурным из числа студентов. Дежурные по окончании работы группы сдают рабочие места лаборанту. Техника безопасности и меры предосторожности 1) Все опыты, связанные с применением или образованием ядовитых веществ, а также вредных паров и газов, разрешается проводить только в вытяжном шкафу, дверцы которого должны быть опущены на треть. В случае прекращения работы вентиляционных установок опыты в вытяжных шкафах должны быть немедленно прекращены. 2) Запрещается производить опыты со всевозможными взрывчатыми и огнеопасными смесями. Опыты с малыми количествами (1 – 2 мл) легко воспламеняющихся веществ (например, со спиртовыми растворами) проводят только вдали от огня. 65

3) При нагревании и кипячении растворов в пробирке необходимо пользоваться держателями и следить за тем, чтобы отверстие пробирки не было обращено в сторону самого работающего или соседа по рабочему столу. 4) Не следует наклоняться над сосудом, в котором происходит нагревание или кипячение жидкости во избежание попадания жидкости в лицо и глаза. 5) При необходимости определить запах паров или выделяющегося газа не вдыхать их непосредственно из рабочего сосуда, а легким движением руки направить газы к себе и осторожно вдохнуть. 6) При разбавлении концентрированных кислот (особенно серной) и щелочей следует небольшими порциями вливать кислоту (или щелочь) в воду, а не наоборот, непрерывно перемешивая раствор. 7) Если склянка с легко воспламеняющейся жидкостью опрокинется или разобьется, следует тотчас же выключить все находящиеся вблизи горелки, засыпать разлитую жидкость песком, собрать его и перенести в предназначенный для этого железный ящик. 8) Все опыты, связанные с применением или образованием ядовитых веществ, а также вредных паров и газов, проводить только в вытяжном шкафу, дверцы которого должны быть опущены на треть 9) В случае прекращения работы вентиляционных установок все опыты в вытяжных шкафах должны быть прекращены. 6.2 Оказание первой медицинской помощи пострадавшим 1) При воспламенении горючей жидкости на одежде работающего необходимо немедленно погасить пламя на пострадавшем, завернув его в асбестовое или шерстяное одеяло, которое должно находиться в лаборатории на доступном и известном месте. 2) При попадании концентрированного раствора кислоты на кожу промойте место ожога струей воды в течение нескольких минут (если кислота 66

серная, необходимо сначала протереть место ожога сухой тканью). После этого можно либо промыть обожженное место 2–3 % раствором соды, либо вымыть с мылом. 3) При ожоге концентрированными растворами щелочей промойте обожженное место струей воды до тех пор, пока кожа не будет казаться скользкой, после чего промойте 1 % раствором уксусной кислоты и снова водой. 4) При термическом ожоге охладите пораженное место, для чего поместите его под струю холодной воды. После охлаждения смажьте мазью от ожогов. 5) При сильных ожогах после оказания первой помощи обратитесь к врачу. 6) При попадании раствора любого реактива в глаз немед ленно промойте его большим количеством воды, после чего сразу же обратитесь к врачу. 7) При отравлении газообразными веществами (сероводородом, хлором, парами брома) выйдите (выведите пострадавшего) на свежий воздух, а затем обратитесь к врачу. 8) При отравлении сероводородом, хлором, парами брома, оксидом углерода (II) пострадавшего надо вывести на свежий воздух, а затем направить к врачу. 6.3 Правила выполнения работ с химической посудой 1) В лабораториях используется только специальная (неповрежденная) химическая посуда. 2) Посуду, предназначенную для хранения реактивов, нельзя использовать для хранения пищевых продуктов. 3) Все сосуды должны иметь четкую и прочную надпись, которую необходимо периодически обновлять. 67

4) При проведении всех видов работ по сборке и созданию приборов из стекломатериалов и посуды (например, вставка стеклянных трубок и стеклянных палочек в пробки, соединение их с резиновыми шлангами), необходимо соблюдать следующие правила: 5) – при соединении стеклянных трубок с просверленной пробкой нужно держать пробку за боковые стороны одной рукой и насаживать ее на трубку, удерживаемую другой рукой; 6) – керну и гильзы шлифов отдельных деталей перед сборкой прибора необходимо смазать вазелином или специальной смазкой; 7) – все приборы нужно собирать так, чтобы они были устойчивы. 8) 5 Использование собранного прибора без предварительной проверки его исправности не допускается. 9) Оставлять действующий прибор без присмотра не разрешается. 10) Нагревая жидкость в пробирке или колбе, сосуд нужно держать специальным держателем и так, чтобы отверстие было направлено в сторону от работающего. 11) Перенося сосуды с горячей жидкостью, нужно держать их двумя руками - одной за дно, другой - за горловину, используя при этом полотенце (во избежание ожога кистей и пальцев рук). 12) При закрывании тонкостенного сосуда пробкой следует держать его за верхнюю часть горла как можно ближе к пробке. Нагретый сосуд нельзя закрывать притертой пробкой до тех пор, пока он не охладится. 13) При переливании жидкостей нужно пользоваться воронкой, поставленной в кольцо штатива нал сосудом-приемником переливаемой жидкости. 14) В стеклянные ампулы, как правило, разрешается запаивать сконденсированные газообразные вещества, имеющие температуру кипения не ниже 20 С. Вещества, разлагающиеся при нагревании со взрывом, запаивать в ампулы запрещается. 15) Ампулу разрешается заполнять не более, чем на 50% ее объема. 68

16) Ампулы перед запаиванием необходимо охладить ниже температуры кипения помещенного в них вещества. Для охлаждения ампул следует пользоваться негорючими охлаждающими смесями. 17) Запаянные ампулы, содержащие сконденсированные газообразные вещества, после охлаждения места обогрева до комнатной температуры следует вынуть из охлаждающей смеси и немедленно поместить в цилиндр из металлической сетки. 18) Все операции с ампулами до их вскрытия следует проводить в вытяжном шкафу, не вынимая из защитной оболочки. При этом нужно пользоваться защитными очками. 19) Для мытья лабораторной посуды выделяется часть помещения, оборудованная моечным устройством, моечными раковинами с подведенной холодной и горячей водой и различными приспособлениями и предметами, нужными для мытья посуды. При большом количестве посуды "моечные" оборудуются в отдельном помещении. 20) Химическая посуда должна быть сухой и чистой, так как грязь может резко изменить ход реакции. Грязную посуду следует мыть сразу же после окончания работы. 21) Для мытья посуды можно применять мыло, кальцинированную соду, современные моющие средства. 22) Для удаления с посуды нерастворимых в воде органических веществ пользуются органическими растворителями. 23) Для очистки посуды химическими методами чаще всего применяют хромовую смесь, серную кислоту и растворы щелочей. После тщательной очистки и мытья посуду высушивают в сушильном шкафу. 24) В случае получения травм (порезов) при работе со стеклянной посудой необходимо удалить осколки стекла из раны, нейтрализовать или снять попавшее вещество с кожи тампоном, смоченным соответствующим раствором или водой, после этого высушить сухим тампоном, смазать рану настойкой йода и наложить стерильную повязку. 69

6.4 Правила выполнения работ с реактивами 1) Твердые химические реактивы отбирают из банок специальными шпателями (фарфоровыми, металлическими, стеклянными, пластмассовыми), фарфоровыми ложечками или пинцетом. 2) Работу с твердыми щелочами (измельчение, заполнение осушительных колонок) проводят только в защитных очках и перчатках. Щелочь берут шпателем или пинцетом. Такие же меры предосторожности соблюдают и при работе с фосфорным ангидридом. 3) Для измельчения и смешения химических реактивов используют ступки. Совместное перетирание веществ позволяет получать достаточно тонкие смеси реагентов. (Запрещается совместно перетирать окислители и восстановители во избежание взрыва.) В фарфоровых ступках измельчают сравнительно мягкие вещества. Для перетирания очень твердых веществ используют агатовые ступки. Крупные куски твердых и прочных веществ измельчают в чугунных ступках. 4) Для загрузки твердых веществ в реакционные колбы применяют специальные воронки с широким горлом. 5) Жидкости переливают через химические воронки. Склянку, из которой наливают жидкость, держат этикеткой к руке во избежание ее загрязнения и порчи. 6) Крышки и пробки от банок с реактивами кладут на стол в перевернутом виде. 7) Неизрасходованные реактивы ни в коем случае не высыпают (не выливают) обратно в банки, их надо сдавать лаборантам. 8) Все синтезированные препараты сдают преподавателю. 9) При проведении качественных опытов сухое вещество берут в количестве, закрывающем дно пробирки, а раствор — около 1–2 мл. 70

6.5 Общие принципы процедуры микробиологического анализа 1) Вне зависимости от выбора метода тестирования, подготовка, технологический процесс, стерилизация, асептические процессы, контрольные тесты, очистка и дезинфекция оборудования и помещений, качество оборудования и используемых материалов должны полностью отвечать требованиям GMP. 2) При контроле используются только откалиброванное оборудование и приборы, прошедшие метрологическую аттестацию. 3) Любой метод, выбранный для текущего контроля должен предварительно пройти валидацию. 4) При текущем анализе предпочтительно использовать те же методы, что и при первичной аттестации первичного анализа. Любые изменения методов контроля могут повлиять на результаты. 5) Ростовые свойства питательных сред, используемых для микробиологических исследований, должны подтверждаться использованием соответствующих штаммов микроорганизмов. 6) В письменных инструкциях, описывающих процедуру микробиологического анализа, следует четко излагать шаг за шагом последовательность проведения исследований. 7) Полученные результаты должны регистрироваться в утвержденных по форме протоколах (журналах). В случаях превышения установленных верхних лимитов бактериальной нагрузки в АПЗ, должны быть отражены все проведенные расследования и мероприятия. 8) Персонал, выполняющий программу микробиологического анализа должен быть компетентен в соответствующих научных дисциплинах, адекватно обучен и иметь необходимые полномочия. 9) Все исследования обычно проводятся производственными отделениями. Однако Отдел гарантии качества или Технологический отдел, должен проводить периодические, независимые исследования, повторяющие 71

программу микробиологического анализа. Периодичность обследования и протоколы утверждаются руководством предприятия. 10) Установление соответствующего уровня тревоги и уровня действия, выбор адекватных методов контроля, являются предметами, постоянно требующими пересмотра. Все соответствующие решения должны приниматься уполномоченным персоналом. 11) Уровни тревоги и действия, частота контроля, число точек отбора проб обычно являются более строгими параметрами при процессе асептического розлива, чем при производстве терминально стерилизуемого продукта. 12) Процедуры микробиологического анализа обычно включают следующие шаги:  выделения микроорганизмов из производственной среды (на агаровую поверхность, в питательный бульон или жидкость, на мембрану фильтра);  посев, если требуется, на питательную среду и культивирование;  учет результатов;  анализ совокупности полученных при анализе данных. 13) Данные анализа следует учитывать для совершенствования практики уборки и дезинфекции. 6.6 Охрана труда и техника безопасности при работе в микробиологической лаборатории Степень воздействия различных веществ на организм зависит от дисперсности раздражителя, его концентрации, продолжительности воздействия и путей проникновения в организм. Основными путями проникновения токсических веществ в организм являются органы дыхания (при загрязнении воздуха производственных помещений микроорганизмами – 72

продуцентами, парами, пылью ядовитых веществ и аллергенов), пищеварительный тракт (при приеме пищи в цехе, недостаточно тщательном мытье рук перед едой), а также кожа (при загрязнении ее токсическими веществами). 73

Выводы 1) Изучили литературные данные по методам переработки активного ила, выбрали наиболее эффективный, включающий в себя химический и биологический этап обработки активного ила с целью получения удобрения. 2) Определили концентрацию серной кислоты для обработки активного ила, которая составляет 8 %: максимальное содержание органического вещества в гидролизованной пробе составляет 6,34%, а в нейтрализованной пробе 5,94%, соответственно содержание гумуса 10,92% и 10,24%. 3) Определили, что при добавлении 8%-ной серной кислоты, выход гуминовых кислот составляет наибольшее значение – 29,69%. Полученный результат превосходит по содержанию гуминовых кислот в черноземе по данным М.М. Кононовой. 4) Выделили чистые культуры микроорганизмов – штаммы N1, N2, N3, F1, F2, F3 и F4. Предположили родовую принадлежность штаммов на основании морфологических свойств и параметров роста. Штаммы N1 и N2 предположительно относится к роду Nitrosomonas, а штамм N3 - к роду Nitrococcus, штаммы F1 и F2 - к роду Desulfotomaculum, штамм F3 - к роду Desulfococcus, штамм F4 - к роду Clostridium. 5) Определили пероксидазную и полифенолоксидазную активности штаммов: N1, N2, N3, F1, F2, F3 и F4. Штаммы N1, N2, N3, F1 и F2 имеют полифенолоксидазную активность. Штаммы F3 и F4 не обладают данной активностью. Штаммы N1, N2, N3, F1 и F3 имеют пероксидазную активность. Штаммы F2 и F4 не обладают данной активностью. Штамм F4 в дальнейших экспериментах не использовали. 6) Определили биосовместимость выделенных штаммов. Штаммы N1, N2, N3, F1, F2 и F3совместимы между собой. А F1 не совместим со штаммами F2 и F3, штамм F2 не совместим со штаммами F1 и F3, и штамм F3 не совместим со штаммами F1 и F2. 74

7) На основании биосовместимости были предложены 3 варианта консорциумов: консорциум №1 (N1, N2, N3, F1, F1), обладает полифенолоксидазной и пероксидазной активностями; консорциум №2 (N1, N2, N3, F1, F2) обладает полифенолоксидазную активностью, пероксидазной не обладает; консорциум №3 (N1, N2, N3, F1, F3) обладает преимущественно пероксидазной активностью, полифенолоксидазной не обладает. Температура роста консорциумов 29-31˚С, рН 6,0-7,0. 8) Разработали технологическую блок-схему и аппаратурную схему по производству гуминовых удобрений. Рассчитали материальный баланс, в результате на 100 кг активного ила получается 392,9 кг гуминовых удобрений. 9) Рассчитали основные экономические показатели. Чистая прибыль составила 1466059 рублей в год, при рентабельности в 15,15 % и окупаемостью в 7,4 года, а товарная продукция 16135931,5 рублей в год. 75

Список используемой литературы 1. Акимова И.А., Ткач П.Д., Сыч О.О., Утилизация биомассы активного ила: учебник для техн. спец. вузов [Текст]. - М.:Высшая школа. Т.16 том Х. 2015.- 50-156 с. 2. Баженов В.И. Механизм адаптации активного ила к низким концентрациям кислорода /В.И. Баженов, М.А. Канунникова./ Достижения науки и техники АПК. №9. 2012. -82-84 с. 3. Воробьева Л. А. Теория и методы химического анализа почв / Л. А. Воробьева. – М. : Изд-во МГУ. 1995. – 136 с. 4. Ганжара Н.Ф. Почвоведение. Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений. - М.: Аrроконсалт. 2001 - 392 с. 5. Горелова О.М, Титова К.Ю. Исследования по утилизации избыточного активного ила. Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова: Ползуновский вестник № 4 т.1. 2015. - 161 с. 6. Гусев М.В., Минаева Л.А. Микробиология.– М.: Академия, 2008 – 7. Дьяков М. С. Экологически безопасный способ утилизации 464 с. твердых отходов биохимических очистных сооружений с получением продуктов, обладающих товарными свойствами / М. С. Дьяков, Я. И. Вайсман, И. С. Глушанкова // Экология и промышленность России. - 2013. - № 11. - 5357 с. 8. Емцев В.Т. Микробиология / В.Т. Емцев, Е.Н. Мишустин – М.: Дрофа. 2005 –446 с. 9. Ермакова Е. И Гуминовые вещества: свойства, строение, образование.: Изд-во С.-Петерб. ун-та. 2004. — 248 с. 10. Заядан Б. К., Маторин Д. Н.,. Баймаханова Г. Б, К.. Ораз Г. Д, Саданов А. К. Консорциумы микроорганизмов, перспективных при получении биоудобрения для рисовых культур. Научный журнал: Микробиология. Том 83, № 4. 2014. - 467-474 с. 76

11. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы / Д.Г. Звягинцев М.: Изд- во МГУ. - 1987.-256 с. 12. Исаева А.М. Обработка и утилизация осадков сточных вод: учеб. пособие / А.М. Исаева. – 2 изд., перераб. и доп. – Пенза: ПГУАС. 2013. – 128 с. 13. Ковина А.Л. Микробные агроконсорциумы на основе цианобактерий: Дис. . канд. биол. наук/А.Л. Ковина. Киров. - 2001. - 158 с. 14. Котова И.Б. Общая микробиология / И.Б. Котова, А.И. Нетрусов – М.: Академия. 2007 – 288 с. 15. Кузнецов А.Е. Прикладная экобиотехнология [Текст]: учебное пособие / А.Е. Кузнецов, - 2 – е изд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2012. - 57-63 с. 16. Лукашевич О.Д., Барская И.В. Экологические проблемы обработки и утилизации осадков сточных вод // Экология промышленного производства. - № 3.- 2010. – 68 с. 17. Мулюков Э.Р., Хафизов Р.Х. Биоочистка промышленных сточных вод. «Уфимский государственный нефтяной технический университет». Уфа. 2014. – 34-36 с. 18. Наими О.И., Безуглова О.С. Полиенко Е.А. Куцерубова О.Ю. Воспроизводство плодородия чернозема обыкновенного карбонатного при внесении соломы и гуминовых препаратов // Достижения науки и техники. АПК. №8. - 2018. - 11-16 с. 19. Никитина М.А., Воробьева Л. А. Теория и методы химического анализа почв / Л. А. Воробьева. – М. : Изд-во МГУ, 1995. – 136 с., О.Г., Биоэстимация: контроль и регулирование процессов биологической очистки и самоочищения воды [Текст]: автореф. дис. канд. биол.наук / О.Г.Никитина. – Москва. - 2012. – 47с. 20. Нице, Лазер. Микробиологическая активность почвы в условиях адаптивного земледелия: Автореф. дис. . докт. биол. наук / Лазер. Нице. -М. 1995. -38 с. 77

21. Перова А.Е., Чистикин И.И., Матвеенко М.К. Утилизация биомассы активного ила: учебник для техн. спец. вузов[Текст]. - М.:Высшая школа,2015. - Т.16, том Х. 1520-1536 с. 22. Попов А. И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование/ Под ред. Е. И. Ермакова. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та. 2004. — 248 с. 23. Пошон Ж. Почвенная микробиология: Пер. с фр / Ж. Пошон, Г. де Баржак. -М.: Иностр. лит-ра. 1960. - 560 с. 24. Ручай Н. С., Маркевич Р. М. Экологическая биотехнология : учеб. пособие для студентов специальности «Биоэкология» /,. – Минск : БГТУ. 2006. – 312 с. 25. Рыбальский Н.Г. Экобиотехнологический потенциал консорциумов микроорганизмов / Н.Г. Рыбальский, С.П. Лях. М.: ВНИИПИ. 1990. -Т. 1,- 176 с. 26. Стейниер Р. Мир микробов / Р. Стейниер, Э. Эдельберг, Дж. Ингрэм. – М.: Мир. 1979.: Т.1. – 320 с. Т.2. – 336 с.Т.3. – 488 с. 27. Шлегель Г. Общая микробиология.– М.: Мир. 1987. – 568 с. 28. Эливановская С.Ю., Латыпова В.З.Микроорганизмы в круговороте биогенных элементов. Часть1.Азот/ С.Ю. Селивановская, В.З. Латыпова. – Казань: Казан. ун–т,2014. – 38 с. 29. ГОСТ 26213-91 Почвы. Методы определения органического вещества. Введ.01.07.1993. – М.: Издательство стандартов, 1992. – 8 с. 30. ГОСТ 27784-88 «Почвы. Метод определения зольности торфяных и оторфованных горизонтов почв». Введ.01.01.1989. – М.: Издательство стандартов, 1988. – 7 с. 31. ГОСТ 28268-89 «Почвы. Методы определения влажности, максимальное гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений». – Переизд. Дек. 2005 г. Введ. 31.05.1990. - М.: Стандартинформ, 2006. – 8 с. 78

32. ГОСТ 9517-94 «Топливо твердое. Методы определения выхода гуминовых кислот». – Взамен ГОСТ 9517-76. Введ. 01.01.1997. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. – 12 с. 33. Патент РФ 2680579C2. Способ получения почвогрунта из активного ила. www.patents.google.com. 34. Патент РФ 2712664C1. Способ переработки осадков сточных вод на органоминеральные удобрения. www.patenton.ru. 35. Патент РФ № 2463281C2. Способ получения удобрений из ила. www.patenton.ru. 36. Fathy M. A., Gabr, M. A., & El Shall, S. A. Effect of humic acid treatments on'Canino'apricot growth, yield and fruit quality. New York Science Journal, 3(12). 2010. - 109-115 c. 37. https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-prirodnyh-gumatov-dlya- remediatsii-zagryaznennyh-gorodskih-pochv-i-stimulirovaniya-rosta-rasteniy/. Дата обращения 15.05.2020. 79

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв