Biotexnologiya asoslari

Q_П

(кДж)

(12)

QH-go’ngni xaroratini bijish xaroratigacha ko’tarish uchun zarur bo’lgan energiya sarfi; Qn-,barcha issiqlik va energiya sarflarini qoplash uchun bir sutkada sarflanadigan energiya.

Go’ng haroratini ko’tarish uchun sarflanadigan energiya quyidagicha aniqlanadi:

_{q } C_H P_H V_H T_H  T₁ 



кДж,

H _
S_H-go’ngni issiqlik hajmi; kDj/(kg.k); R_H-go’ngni zichligi, kg/m³;
T_n-go’ng isitishni oxirgi harorati,K; T₁-go’ngni boshlang’ich xarorati, K;

(13)

-go’ng isitadigan qurilmani foydali ish koeffisienti (KPD).

Bir sutkada metantek yuzasini o’rab olish orqali issiqlik sarflanishini qoplash uchun sarflangan issiqlik miqdori quyidagicha aniqlanadi:

_{q } KF T_B
 T_H 24

(кДж),

K _
K-issiq uzatish koeffisienti, kDj/m²Kr;

(14)

F-metantenkni o’ralishi lozim bo’lgan sathni maydoni; m², T_v sirtqi havo harorati, K.
T_N metentenkdagi go’ngni harorati.

Biogaz ajralishi bilan bog’liq bo’lgan issiqlik yo’qolishi quyidagi formula bo’yicha aniqlanadi:

q_B  V_Г C_V T_Г /
(кДж),

(15)

V_r-bir sutkada ajralgan gaz hajmi, m³/sut; S_V-biogazni issiqlik hajmi, kDj/(m³.grad);
T_g-metanktenkdan chiqayotgan biogazni harorati, K.



H
Aralashtirib turadigan va uskunalar uchun sarflanadigan energiya miqdori quyidagicha aniqlanadi:

q_M 
N_M V_H
/(W  ^m )
(кДж).

(16)

N_m-nasos yoki aralashtirib turuvchi uskunalarni iste’mol kuchi; W_H-nasosni unumdorligi, m³/s.

m-qayta hisoblash koeffisienti, kVt.r kDj.

Go’ngni siklik rejimda bijg’itishda, uni isitish uchun sarflanadigan energiya nolga teng bo’ladi, chunki energiya butunlay chiqarilmaydi.
YUqorida keltirilgan tenglamalar asosida, metantenkda go’ngga ishlov berishni davomiyligini aniqlovchi, biogaz olishni maksimumiga to’g’ri keladigan quyidagi tenglama yaratilgan:


a  b  c
M _H (1   )  kF (T_B  T_H ) ²⁴_  N_mV_H /(W_H  ^m )
(17)

Bunda, barcha issiqlik va energiya sarfini qoplash uchun zarur bo’lgan biogaz to’planishi davomida  min dan katta bo’lishi zarur:

min

0
^ M (1   )  M C p (T  T ) / 
_{a 2  b  c} H H H H 2 1

• 
  
  n
  
  B
  kF (T
  

• 
  T_H
  

) 24   N_M _n
/W  ^m 
min
(18)

Olingan tenglamalar go’ngni xarakteristikasi, uni har-xil haroratda bijg’ishini texnologik rejimi va biogaz qurilmasini parametrlari orasidagi o’zaro aloqadorlikni aks ettiradi bu tenglamalar asosiy bo’li, ijobiy energetika balansiga ega bo’lgan biogaz qurilmalarini loyihalash imkonini beradi. Biogaz qurilmasini hisoblash uchun dastlabki malumot sifatida biogazni chiqish xajmi asos bo’la oladi. Bu esa muayyan ferma sharoitida aniqlanadi.

Metantenkni sutkalik dozasi u o’rnatilgan ferma imkoniyatlaridan kelib chiqqan xolda va SNiP talablari asosida belgilanadi.
Metantenkni satxini o’rab olishdagi atrof muhitga issiqlik uzatish koeffisienti isiqlik ikulyatsiyasini qalinligini turidan kelib chiqqan xolda aniqlanadi. Odatda metanttenktlar uchun kq0,3-0,5 Vtm²K formulasi ishlatiladi.
Metantenkdagi go’ngni harorati mezofillar uchun –Tnq371⁰S va Tnq551⁰S ga teng. Atrof muhit harorati muayyan rayon iqlimidan kelib chiqqan holda qabul qilinadi. Bunda,
Rossiyaning I, II, III va IV tabiiy iqlim zonalari uchun tegishli ravishda TVq-9,8; 4,8;
7,2;16,3⁰S. qabul qilingan.
Mana shu hisob-kitoblardan kelib chiqqan holda O’zbekistonni shimoliy mintaqalari uchun Tvq28,5; Farg’ona vodiysi uchun Tvq31,5-32,5⁰C; Janubiy viloyatlar uchun esa Tvq35,5- 36,5 ⁰C;
17 formulada keltirilgan ma’lumotlar asosida bosh parametr metantenkda go’ngga ishlov berish vaqti (davomiyligi) aniqlanadi. Keyin esa 10-18 formulalar bo’yicha metantenkni talab hajmi, uni unumdorligi, biogaz chiqish hajmi, uni o’z ehtiyojlarini qoplash uchun zarur bo’lgan energiya miqdori, aniqlanadi.

Go’ngdan biokonversiya qilish orqali biogaz ishlab chiqarishda dunyo tajribalari

Biomassadan energiya manbai sifatida foydalanishga qiziqish eng avvalo, biomassani har yili qaytadan paydo bo’lishi; biogazda yig’ilgan energiyani saqlanishi va uzoq muddat davomida hoxlagan holatda ishlatilishi mumkinligi; bu energiyani boshqa turdagi energiyaga o’tkaza olish mumkinligi; ba’zi mintaqalarda esa issiqlikni bu manbai,tabiiy issiqlik manbalaridan arzonroq turishi; biogazni ekalogik toza issiqlik manbai bo’lganligi; undan foydalanganda atrof-muhitga oltingugurtni zaharli oksidlari paydo bo’lmasligi; atmosferadagi karbonat angidridi balansi o’zgarmasligi va boshqa qator sabablar bilan uzviy bog’liqdir.

YUqorida ta’kidlab o’tilganidek, biogaz ishlab chiqarishni tannarxi biogaz qurilmasi, muayyan firmada paydo bo’ladigan chiqindilarni qayta ishlash texnologiyasining bir qismi sifatida qabul qilingan, bu jarayonda biogazdan tashqari qimmatbaho, samarador biologik o’g’it

hosil bo’lishi va boshqa bir qator ijobiy tomonlarni hisobga olinganda bu biotexnologiyaning istiqbollari namoyon bo’ladi.
Nima uchun AqSHda go’ngdan biogaz tayyorlashga alohida e’tibor beriladi?, chunki, birinchidan energetika nuqtai-nazaridan, ikkinchidan- barcha chorvachilik fermalarida har yili paydo bo’ladigan chiqindilarni biogazga aylantirilishini iqtisodiy ma’qul bo’lgan qismini yarmiga yaqini yirik chorvachilik komplekslarida, (yirik shoxli hayvonlar, cho’chqalar va parranda boquvchi komplekslarda) to’planishidir.
Germaniyani chorvachiligida har yili 200 mln.t. shu jumladan, 70 mln.t. suyuq holatda go’ng to’planadi. Bu mamlakatda qishloq xo’jaligi uchun ajratilgan maydonlarni chegaralanganligi, atrof-muhit muhofazasi talablarini tobora oshib borishi, mutaxassislar oldiga, chiqindilardan samaraliroq foydalanish yo’llarini izlab topishdek muammoni ko’ndalang qo’ygan. Olim va mutaxassislarni hisob-kitobiga qaraganda, yuqorida ko’rsatilgan miqdordagi go’ng biogaz qurulmalarida qayta ishlanganda energiyaga bo’lgan umummilliy talablarni 4% ga teng bo’lgan miqdorda energiya olish mumkin bo’lar ekan.
Buyuk Britaniyada mamlakatni tabiiy gazga bo’lgan talabini 3,2% biogaz orqali qondirilar ekan. Umumiy yirik shoxli hayvonlar, cho’chqalar va parrandalar go’nggini qayta ishlanganda har yili 2,3 mln.t. neftga ekvivalent bo’lgangaz ishlab chiqarish mumkin ekan.
YAponiyani qishloq xo’jaligida har yili 56,5 mln.t. go’ng oqavalari hosil bo’ladi. Bu miqdordagi go’ngni to’lig’icha qayta ishlanganda, 1,7 mlrd.m³ gaz yoki 1 mln. tonna neft o’rnini bosa oladigan energiya to’planar ekan. Bu mamlakatda chorvachilik mahsulotlari etishtirishni jadal rivojlantirish dasturi asosida faoliyat olib borilib, bu texnologiyaga alohida e’tibor berilmoqda.
Rossiyada ham biogaz ishlab chiqarish bo’yicha katta potensial mavjud. Har yili chorvachilik fermalarida 665 mln. t go’ng hosil bo’ladi, buni har bir tonnasidan anaerob sharoitda bijg’itish orqali issiqlik chiqarishi 5600-6300 Kkal/m³ga teng bo’lgan 15-20 m³ biogaz ishlab chiqarish mumkin.
Hindistonni energetika siyosatini asosiy prinsiplaridan biri- qishloq rayonlarida biogaz ishlab chiqarishdir. Bu sohaga oid fundamental va amaliy izlanishlar ko’proq Hindiston texnologiya institutining biokimyoviy muhandislik markazida olib boriladi. Bu mamlakat olimlarining fikricha har yili to’planadigan 300 mln.t qoramol go’ngini biogazga aylantirilganda, 33 mln.t neft energiyasiga teng bo’lgan energiya to’plash mumkin (0,11 t. neft energiyasi 1 tonna go’ngdan olinadigan energiyaga teng). Bugungi kunda Hindistonda 1 mlndan ko’proq kichik biogaz ishlab chiqaradigan qurulmalar (daydjestrlar) ishlab turibdi.
Bu texnologiya Xitoyda juda ham rivojlangan. Bu mamlakatda 200 mln.dan ko’proq qurilmalar ishlaydi. SHunisi e’tiborga sazovorki, mamlakatda daydjestrlardan foydalanishni nazorat qilish organlari tashkil etilgan. Alohida yashovchi har bir oilada daydjestrlar o’rnatilgan, ayniqsa shahar joylardan uzoq joylarda, chorvachilik va parrandachilik fermalarida, kichik ishlab chiqarish korxonalarida va hokazo. Biogaz tayyorlash texnologiyasi Fillipinda, Gvatemaleda, Isroilda keng tarqalgan.
Doimiy (to’xtovsiz) metanizasiya jarayoni chorva mollari va parrandalari chiqindilaridan tashqari, organik modda saqlovchi xilma-xil chiqindilarda ham amalga oshirilsa bo’ladi. O’zbekistonda har yili 4 mln tonnaga yaqin g’o’zapoya,shuncha somon, 150 ming tonna sholi poyasi, million tonnalab har-xil boshqa chiqindilar (kanalizasiya, ishlab-chiqarish, chorvachilik va parrandachilik axlatlari va xokazo) to’planadi.
Mana shularni biogazga aylantirilganda qanchalik iqtisodiy samara olishni hisoblab chiqish qiyin emas. Ko’plab miqdordagi mablag’ sarflab, temir quvurlar tortib, uzoq qishloqlarga gaz o’tkazgandan ko’ra, biogaz tayyorlashni yo’lga qo’yilsa, maqsadga muvofiq bo’lar edi. Afsuski, hozircha bu biotexnologiya e’tibordan chetda qolib turibdi.

Nazorat savollari

1. 
   Biogaz nima va u qanday hosil bo’ladi?
   
2. 
   Biogaz olishda substratlarga bo’lgan talablar nimalardan iborat?
   
3. 
   Biogazni asosiy fizikaviy hususiyatlarini va uni ishlab-chiqarish va maishiy-hizmat korxonalarida ishlatish imkoniyatlari haqida fikirlaringiz.
   
4. 
   Go’ngni anaerob bijg’itishda qancha biogaz hosil bo’ladi?
   
5. 
   Biogaz qurilmalarini asosiy tiplari va ularni vazifalari haqida so’zlab bering.
   

8. mavzu. BIOTEXNOLOGIYANING RIVOJLANAYOTGAN YANGI SOHALARI

Reja:

1. 
   Biogeotexnologiya.
   
2. 
   Bioenergotexnologiya.
   
3. 
   Biosensorlar
   
4. 
   quyosh energiyasidan foydalanish
   
5. 
   Suvda biofotoliz
   

BIOGEOTEXNOLOGIYA

Er ostida yashovchi mikroorganizmlardan biogeotexnologiyada - neft va gaz qazib olishda ularni qayta ishlash va boshqa maxsulotlarga aylantirishda keng ko’lamda foydalaniladi.

Biogeotexnologiya - alohida tur va turkumga kiruvchi mikroorganizmlarning metallarni eritma holiga o’tkazish (ma’danlardan metallarni eritib olish) xususiyatidan foydalanilib sof holda qimmatbaho metallar ajratib olishni ham o’z oldiga qo’yadi.
Masalan: Thiobacillus ferrooxydans har xil shtammlari tabiiy ma’danlardan yoki ularni chiqindilaridan temir, rux, mis, oltin, kumush, uran va boshqa metallar ajratib olish jarayonlarida keng ishlatiladi. Bu jarayonda asosan bakteriyalarni ma’danlarda uchraydigan moddalar sulfidlaridan sulfat kislota hosil qilishiga asoslangan.
Chromobacterium violaceum bakteriyalari oltinni eritish xususiyatiga ega bo’lib, jarayon quyidagicha kechadi: AuAu(CN)₄.
Eng muhim ekologik muammolardan biri bo’lgan toshko’mir tarkibidagi oltingugurtni ajratish jarayonlarida samarali bo’lgan bakteriyalardan Pseudomonas va termofil bakteriya Sulfolobus lar ajratib olingan. Toshko’mir qazib olinadigan maydonlarning atrof muhiti oltingugurt bilan kuchli ifloslangan bo’ladi.
Oqova suvlardan metallarni ajratib olishda, uran, mis, kobolt va boshqa moddalarni o’z biomassalarida to’plab oluvchi Citrobacter sp. va Zoogloea shtammilardan samarali foydalaniladi. Citrobacter sp. shtammidan yuqori darajali fosfataza fermenti sintez qiluvchi mutant shtammlari olingan. Bunday samarali produsentlar uranni tabiiy shtammga nisbatan 2,5 maratoba ko’proq to’playdi.
Bu jarayon fosfataza fermenti ta’sirida fosfor saqlovchi birikmalardan anorganik fosfatning bo’shalishi va oqibatda hujayra yuzasida metallning cho’kib qolishi bilan bog’liqdir.
Suvli muhitda neft uglevodorodlari sorbsiyasi va emulsiya hosil qilishi uchun Rhodococcus va Nocardia sp. bakteriya turlari qo’llaniladi.
Ular suv va neftni bir-biridan ajratish, neftni quyuqlashtirish va oqova suvlarni neft aralashmalaridan tozalash xususiyatlariga ega. Eng qimmatbaho tozalovchilar - galobakteriyalar hisoblanadi. Bu bakteriyalarning bir qancha shtammlaridan cho’milish havzalarini mazutdan tozalashda keng foydalanilmoqda.
Tabiiy bakteriyalar bilan bir qatorda gen muxandisligi bakteriyalari ham istiqbolli hisoblanadi.
Allaqachon Pseudomonas sp. shtammi plazmidasiga oktan, komfora, naftalin va ksilol kabi moddalarni parchalovchi fermentlar geni o’tkazilgan. Natijada neft xom-ashyolarini samarali utilizasiya qiladigan shtammlar yaratilgan. Bunday shtammlardan ifloslangan suvlarni biotexnologik yo’l bilan tozalash jarayonlarida qo’llanilib kelinmoqda. YUqorida zikr etilgan misollardan ko’rishimiz mumkinki, biotexnologik jarayonlardan allaqachonlar ekologik muammolarni hal qilish uchun samarali foydalanib kelinmoqda.
SHular bilan bog’liq holda XXI asrda ekologik toza va yanada iqtisodiy yuqori samaraliroq ishlab chiqarish jarayonini yaratish mumkinligi kutilmoqda.

BIOENERGOTEXNOLOGIYA

Er yuzidagi o’simliklarda sodir bo’ladigan fotosintez jarayoni yordamida yaratiladigan energiya zahirasini tabiiy qazib olinadigan energiya zahirasi bilan taqqoslab ko’ramiz.

quruq biomassaning yonishi natijasida hosil bo’ladigan energiya miqdoriga qaraganda, shu biomassani mikroorganizmlar yordamida qayta ishlash oqibatida to’planadigan uglevodorodlar va biogaz (metan) dan olinadigan energiya ancha samarador ekanligi barchaga ayon.
Metanli “bijg’ish”, yoki biometanogenez, - ya’ni biomassani energiyaga aylanishi anchagina ko’hna jarayondir. Bu jarayon 1776 yil Volt tomonidan ochilgan bo’lib, u botqoqdan chiqadigan gaz tarkibida metan bor ekanligini kuzatgan edi. Bu jarayon natijasida hosil bo’ladigan biogaz tarkibi 65% metan, 30% karbonat angidrid, 1% serovadorod va juda kam miqdorda kislorod, vodorod va uglerod zakisidan ( ikki valentli uglerod oksidi) tashkil topadi.
SHunday qilib, metanli bijg’ish XVIII asrning oxirlarida ochilgan bo’lib, ushbu murakkab jarayonda bir qancha mikroorganizmlarning turlari ishtirok etadilar (ko’proq, Methanobacterium va M.hungati). Biogaz olishda metan hosil qiluvchi ko’p komponentli mikroblar assosiasiyasi talab qiladigan organik mahsulotlar aralashmasidan (somon, qushlar va hayvonlar iqindilari, suvo’tlari, sellyuloza saqlovchi biomassalar va h.k) foydalaniladi.
Biogaz allaqachon Xitoy, Hindiston va Fillipinda Fransiyada va boshqa mamlakatlarda keng ishlab chiqarilmoqda. Metan faqatgina energiya ishlab chiqarish uchungina zarur emas. Uning olinishi sanoat va qishloq xo’jaligi chiqindilarini qayta ishlash va atrof muhit muammolarini hal qilish bilan ham uzviy bog’liqdir. Hattoki, chiqindilardan metan olish natijasida hosil bo’ladigan kuldan Isroillik olimlar V₁₂ vitaminini ajratib olishni ham yo’lga qo’yganlar.
Tibbiyot uchun zarur bo’lgan bu vitamin metan hosil qiluvchi bakteriyalar tomonidan sintez qilinadi.
Biomassani energiyaga aylantirishni boshqa yo’llari ham ma’lum. Ulardan biri biomassa tarkibidagi sellyulozani dastlab glyukozagacha parchalaydigan keyin esa uni spirtga aylantira oladigan fermentlar va achitqilar yordamida amalga oshiriladi. Bugungi kunda bu jarayon sanoat asosida yo’lga qo’yilgan. Gen va hujayra muxandisligi usullaridan foydalanib, sellyulozani yuqori tezlikda parchalovchi fermentlar sintez qiladigan zamburug’larni mutant shtammlari yaratilgan. Biroq bunda katta muammo mavjud bo’lib, Gen muxandisligi usulida yaratilgan yuqori darajada sellyuloza parchalovchi mikroorganizmlar atrof muhitga nazoratsiz tarqalganda tabiatdagi o’simliklar olamiga hamda sellyuloza maxsulotlari saqlovchi maxsulotlarga katta zarar etkazishi mumkinligini e’tiborga olmoq zarur.
Etanol - ekologik toza yoqilg’idir. Undan keyingi yillarda dvigatellarning harakatga keltiruvchi ichki yonilg’isida ham foydalanilmoqda. Etanolning qo’llanilish yo’llari xilma-xildir ( 1 - rasm).
Sanoatda bir qator o’simliklardan, jumladan boshoqli o’simliklar (xususuan, makkajo’xori), kartoshka, maniok, eryong’oq, qand lavlagi, shakar kamish, tapinambur va boshqalar etanol olish uchun samarali manba sifatida foydalanilib kelinmoqda ( 1 - jadval). SHakar qamish va qand lavlagisi asosan uglevodorodlar, ko’proq saxaroza zahirasi hisoblansa, tapinamburda ko’proq inulin qolganlarida esa kraxmal ko’proq to’planadi.

1-rasm

Etanolning qo’llanilish sohalari

( 1 - jadval).

№