Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 21
1.1 Альтернативная энергетика. Преобразование энергии биомассы в биотопливо 21
1.2 Анаэробная конверсия органических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности
1.2.1 Производство биогаза, общие характеристики 23
1.2.2 Микробный процесс образования биогаза 26
1.2.3 Современные методы оценки биологического разнообразия сообществ микроорганизмов 35
1.2.4 Технологические параметры анаэробного процесса деструкции биомассы
.2.4.1 Время удерживания субстрата 41
1.2.4.2 Температурный режим анаэробной конверсии биомассы 42
1.2.4.3 pН и щелочность как параметры анаэробной деструкции биомассы 44
1.2.4.4 Соотношение углерода и азота 47
1.2.4.5 Перемешивание 47
1.2.4.6 Соединения, ингибирующие процесс анаэробной конверсии биомассы 49 1.2.4.7. Факторы нестабильного анаэробного процесса 1.2.5 Газовые эмиссии 55
1.2.6 Типы биогазовых реакторов 55
1.2.7 Использование биогаза 58
1.3 Биотрансформация нитроароматических соединений 60
1.3.1 Нитроароматические соединения, производство, распространение
в окружающей среде 60
1.3.2 Метаболизм нитроароматических соединений в анаэробных условиях 64
1.3.3 Метаболизм нитроароматических соединений в аэробных условиях 68
Экспериментальные исследования 78
ГЛАВА 2. Материалы и методы 78
2.1 Анаэробная деструкция сельскохозяйственных отходов в лабораторных биогазовых установках 78
2.2 Анаэробная деструкция отходов спиртового производства в лабораторных биогазовых установках
2.2.1 Влияние дополнительно внесенного источника ионов Fe3+ на анаэробный процесс 79
2.2.2 Влияние снижения времени пребывания субстрата в реакторах на анаэробный процесс
2.3 Анаэробная конверсия отходов сельского хозяйства в опытно-промышленном биогазовом реакторе 81
2.4 Биотрансформация отходов предприятий, производящих взрывчатую продукцию
2.4.1 Метаболизм нитроароматических соединений в анаэробных условиях 82
2.4.2 Метаболизм нитроароматических соединений в аэробных условиях с последующей обработкой в анаэробных условиях 2.4.2.1 Источники и условия выделения аэробных микроорганизмов, способных осуществлять деструкцию ТНТ 82
2.4.2.2 Культивирование выделенных штаммов микроэукариот в отсутствие и в присутствии ТНТ 2.5 Измерение содержания сухого и сухого органического вещества 85
2.6 Измерение продукции и состава биогаза 85
2.7 Измерение общей концентрации органических кислот 86
2.8 Спектрофотометрические измерения 86 2.9 Газовая хроматография 86
2.10 Высокоэффективная жидкостная хроматография и масс-спектрометрия 87
2.11 Ионная хроматография
2.11.1 Определение нитрит-иона и нитрат-иона 88
2.11.2 Определение органических кислот
2.12 Электронная парамагнитная резонансная спектроскопия 89
2.13 Выделение и очистка тотальной ДНК и РНК 89
2.14 Получение комплементарной ДНК 90
2.15 Амплификация генов 16S рРНК, hydA и mcrA 2.15.1 Амплификация гена 16S рРНК бактерий 90
2.15.2 Амплификация гена 16S рРНК архей 91
2.15.3 Амплификация гена hydA 91
2.15.4 Амплификация гена mcrA 92
2.15.5 Амплификация клонированных генов 2.16 Электрофорез в агарозном геле 93
2.17 Очистка амплифицированных генов 16S рРНК, hydA и mcrA 94
2.18 Клонирование генов 16S рРНК, hydA и mcrA 95
2.19 Рестрикционный анализ амплифицированной ДНК 96
2.20 Секвенирование фрагментов генов 16S рРНК, hydA и mcrA 96
2.21 T-RFLP анализ 98
2.22 Пиросеквенирование 101
Результаты исследований и их обсуждение 103
ГЛАВА 3. Анаэробная конверсия отходов сельского хозяйства в лабораторных биогазовых установках
3.1 Основные параметры работы биогазовых реакторов 103
3.2 Структура бактериального сообщества 110
3.3 Структура и динамика развития архейного сообщества 127
3.4 Структура и динамика развития метаногенного сообщества 138
3.5 Корреляция параметров анаэробного процесса со структурой микробного сообщества
ГЛАВА 4. Анаэробная деструкция органических отходов спиртового производства в лабораторных биогазовых установках 152
4.1 Влияние дополнительно внесенного источника ионов Fe3+ на
анаэробный процесс 152
4.1.1 Основные параметры работы биогазовых реакторов 152
4.1.2 Структура бактериального сообщества 156
4.1.3 Структура архейного сообщества 160
4.1.4 Корреляция параметров анаэробного процесса со структурой микробного сообщества 166
4.2 Влияние снижения времени удерживания субстрата в реакторах на анаэробный процесс 175
4.2.1 Основные параметры работы анаэробных реакторов 175
4.2.2 Структура и динамика развития водород-продуцирующего бактериального сообщества 182
4.2.3 Структура и динамика развития архейного сообщества 191
4.2.4 Структура и динамика развития метаногенного сообщества 197
4.2.5 Корреляция параметров анаэробного процесса со структурой микробного сообщества 204
ГЛАВА 5. Анаэробная конверсия сельско хозяйственных отходов в опытно-промышленном биогазовом реакторе 206
5.1 Основные параметры работы анаэробного реактора 206
5.2 Состав бактериального сообщества в реакторе 206
5.3 Состав метаногенного сообщества в реакторе 210
5.4 Корреляция параметров анаэробного процесса со структурой микробного сообщества 213
ГЛАВА 6. Биотрансформация отходов предприятий, производящих взрывчатую продукцию 218
6.1 Метаболизм нитроароматических соединений в анаэробных условиях 218
6.2 Метаболизм нитроароматических соединений в аэробных условиях с их последующей обработкой в анаэробных условиях 2 6.2.1 Выделение и идентификация аэробных микроорганизмов, способных осуществлять деструкцию ТНТ 222
6.2.2 Культивирование штамма Y. lipolytica ВКПМ Y-3492 в отсутствие и в присутствии ТНТ 2 6.2.2.1 Трансформация ТНТ в аэробных условиях роста 224
6.2.2.2 Трансформация ТНТ в статических и анаэробных условиях роста 2 6.2.3 Культивирование штамма Geotrichum sp. ВКПМ F-1037 в отсутствие и в присутствии ТНТ 234
6.2.4 Окисление экзогенного NO2– в присутствии дрожжевых клеток Geotrichum sp. ВКПМ F-1037 и Y. lipolytica ВКПМ Y-3492 235
6.2.5 Последующая обработка трансформированных соединений в анаэробных условиях 240
6.3 Корреляция параметров 243
Заключение 251
Список сокращений и условных обозначений 256
Список литературы
