О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей
Обсуждаются природоохранные и энергосберегающие перспективы использования синезеленых водорослей. Утилизация их фитомассы для получения биогаза приведет к оздоровлению Днепра и его прилегающих территорий и позволит получать до 19 млн. м³ метана за вегетационный период (70 дней) из акватории лишь Кре...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Донецький ботанічний сад НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Промышленная ботаника |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/65966 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей / В.В. Никифоров // Промышленная ботаника. — 2010. — Вип. 10. — С. 193-196. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-65966 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-659662014-07-06T03:01:52Z О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей Никифоров, В.В. Обсуждаются природоохранные и энергосберегающие перспективы использования синезеленых водорослей. Утилизация их фитомассы для получения биогаза приведет к оздоровлению Днепра и его прилегающих территорий и позволит получать до 19 млн. м³ метана за вегетационный период (70 дней) из акватории лишь Кременчугского водохранилища. Environment-protecting and energy-saving prospects of blue-green algae have been discussed. Utilization of their phytomass to obtain biogas will lead to the recovery of River Dnepr and its subjacent territories, allowing to get up to 19 mln. м³ of methane during the vegetation period (70 days) out of Kremenchug reservoir storage water area. 2010 Article О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей / В.В. Никифоров // Промышленная ботаника. — 2010. — Вип. 10. — С. 193-196. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1728-6204 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/65966 574.6:477.63/64 ru Промышленная ботаника Донецький ботанічний сад НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Обсуждаются природоохранные и энергосберегающие перспективы использования синезеленых водорослей. Утилизация их фитомассы для получения биогаза приведет к оздоровлению Днепра и его прилегающих территорий и позволит получать до 19 млн. м³ метана за вегетационный период (70 дней) из акватории лишь Кременчугского водохранилища. |
| format |
Article |
| author |
Никифоров, В.В. |
| spellingShingle |
Никифоров, В.В. О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей Промышленная ботаника |
| author_facet |
Никифоров, В.В. |
| author_sort |
Никифоров, В.В. |
| title |
О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей |
| title_short |
О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей |
| title_full |
О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей |
| title_fullStr |
О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей |
| title_full_unstemmed |
О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей |
| title_sort |
о природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей |
| publisher |
Донецький ботанічний сад НАН України |
| publishDate |
2010 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/65966 |
| citation_txt |
О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей / В.В. Никифоров // Промышленная ботаника. — 2010. — Вип. 10. — С. 193-196. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| series |
Промышленная ботаника |
| work_keys_str_mv |
AT nikiforovvv oprirodoohrannyhiénergosberegaûŝihperspektivahispolʹzovaniâsinezelenyhvodoroslej |
| first_indexed |
2025-07-05T16:17:08Z |
| last_indexed |
2025-07-05T16:17:08Z |
| _version_ |
1836824373796798464 |
| fulltext |
ISSN 1728-6204 Промышленная ботаника. 2010, вып. 10 193
УДК 574.6:477.63/64
В.В. Никифоров
О ПРИРОДООХРАННЫХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПЕРСПЕКТИВАХ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИНЕЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ
синезеленые водоросли, биогаз, охрана природы, энергосбережение, днепровские водохранилища
Введение
Водорослям отводят важную роль в решении ряда глобальных проблем, волнующих челове-
чество, – энергетической и природоохранной; освоение Космоса, Мирового океана и недр Зем-
ли; изыскание новых источников кормового и пищевого белка, промышленного сырья и строи-
тельных материалов, биологически активных веществ, фармацевтических препаратов и новых
объектов биотехнологии.
Наиболее перспективным практическим применением представляется использование водо-
рослей в качестве продукта питания, источника белкового корма, витаминов и других физиологи-
чески активных веществ в рационе сельскохозяйственных животных и рыб, агентов повышения
почвенного плодородия, индикаторов состояния наземных и водных экосистем, источника про-
мышленного сырья и энергии, агентов самоочищения природных и очистки сточных вод, а так-
же в геологоразведовательной и юридической практике. Вред, наносимый водорослями, опреде-
ляется коррозией наземных материалов и конструкций, обрастанием судов и гидротехнических
сооружений, а также токсичностью воды во время их «цветения» [1, 4, 5, 9, 14, 125].
Объект и цель исследований
Объект наших исследований – синезеленые водоросли (Cyanophyta) или, точнее, цианобак-
терии (Oxyphotobacteriobionta) – является древнейшей группой автотрофных организмов, остат-
ки которых обнаружены в докембрийских строматолитах возрастом 2,7 – 3,2 млрд. лет [2]. Бу-
дучи космополитами, цианобактерии, несмотря на незначительное видовое разнообразие (около
2 тыс. видов), встречаются везде и повсюду, поскольку их адаптационным возможностям (эко-
логической пластичности и резистентности), обусловленным их древностью, почти нет предела
[6, 8]. Среди них есть криофилы (обнаружены в антарктических льдах при температуре –83°С) и
термофилы (обитают в горячих источниках при температуре +90°С). Причиной такой эвриойко-
толерантности является уникальная политрофность цианобактерий – единственных на планете
организмов, способных усваивать четыре газа: углекислый газ для фотосинтеза, кислород для
дыхания, сероводород для хемосинтеза и азот для его фиксации, что позволяет одной исходной
клетке за вегетационный период (70 дней) произвести 1020 дочерних и приводит к их массовому
развитию – «цветению» воды [2, 8].
Запредельное «цветение» воды, доминирующими агентами которого в условиях днепров-
ских водохранилищ являются представители родов Microcystis, Phormidium, Aphanizomenon,
Anabeana и Oscillatoria, следует рассматривать как биологический сигнал неблагополучия в ги-
дроэкосистемах. Среди многочисленных механических, физико-химических, биологических и
экологических методов подавления массового развития цианобактерий наиболее эффективными
представляются виды последних двух родов, поскольку они позволяют избавиться от причин, а
не от последствий «цветения» воды [6, 13].
Если значительная часть энергетического потенциала наземной биомассы растительного
происхождения утилизируется человечеством (на сегодня шестую часть потребляемой энергии
получают из сельскохозяйственной и другой фитомассы, что эквивалентно ежедневному исполь-
зованию более 4 млн. т нефти), то биомасса фитопланктона практически не востребована. Поэто-
му, целью наших исследований является разработка комплексной технологии, обеспечивающей
© В.В. Никифоров
ISSN 1728-6204 Промышленная ботаника. 2010, вып. 10194
рентабельное производство биогаза (клар-газа) из биомассы цианобактерий, собранной в период
«цветения» акватории водохранилищ днепровского каскада. Моделирование технологии плани-
руется провести на крупнейшем в Европе водохранилище – Кременчугском. Апробация процесса
получения биогаза проведена на базе биоэкологической, в последствии – физической лаборато-
рии Кременчугского государственного университета имени М. Остроградского.
К числу наиболее весомых среди ожидаемых результатов относятся:
• использование бесплатного сырья в качестве ферментируемого субстрата;
• применение экологически безопасных и не требующих особых энергозатрат способов сбо-
ра фитопланктона, производства биогаза с последующим сжижением метановой фракции или
трансформации его в электроэнергию;
• утилизация отходов производства как минералоорганических удобрений в сельском и лес-
ном хозяйстве;
• улучшение качества природных вод и, как результат, оздоровление окружающей среды и
населения;
• использование социального и финансового эффекта для обеспечения устойчивого эколого-
экономического развития приднепровских регионов;
• выполнение условий Киотского протокола.
Результаты исследований и их обсуждение
Растения утилизируют около 0,1% солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, что
в 10 раз превышает мировое потребление энергии. Поэтому возникла идея использования био-
газа – топлива, получаемого из органической массы путем ее биоконверсии. Биометаногенез был
открыт в 1776 г. Вольтой, который установил наличие метана в болотном газе. При этом, наиболее
перспективными утилизаторами солнечной энергии оказались микроводоросли: максимальное
значение КПД фотосинтеза у цианей достигает 20%, что более чем в 200 раз превышает среднее
значение КПД фотосинтеза на земном шаре. Энергия, заключенная в 1 м3 биогаза, эквивалентна
энергии 0,6 м3 природного газа, 0,7 л нефти или 0,6 л дизельного топлива [1, 5, 12, 13].
Классическая технология получения клар-газа из органических отходов агрогенного проис-
хождения основана на симбиотическом взаимодействии трех групп микроорганизмов, на одном
из этапов которого происходит процесс биосинтеза метанобактериями смеси газов с преоблада-
нием метана (более половины по объему) и примеси других газов, в присутствии которых мета-
ногены развиваются (Н2 и СО2) или подавляются (О2). Доминирующими в процессе метаногенеза
являются виды Methanobacterium formicicum и Methanospirillum hungati [12].
Поэтому, интенсивность биосинтеза метана во многом зависит от концентрации в субстрате кис-
лорода и других ингибиторов этого процесса. Соотношение различных условий протекания мета-
ногенеза (суммарное уравнение реакции 4 С6Н5СООН + 18 Н2О → 15 СН4 + 13 СО2) – рН 6,0 – 8,0,
t не менее 30° С, отношение углерода к азоту в субстрате по массе – 30:1 и твердых компонентов
к воде – 1:1, – обусловливает его продолжительность (от 8 до 20 суток).
Использование биомассы цианобактерий, собранной во время «цветения» воды на аквато-
риях водохранилищ днепровского каскада, для получения биогаза (применение альтернативных
источников энергии) является одним из эффективных способов улучшения экологического со-
стояния р. Днепр и прилегающих территорий, уменьшения затрат на очистку природных вод до
ГОСТ «вода питьевая» [3], увеличения продуктивности рыбы, а также утилизации отходов био-
технологического процесса в отраслях сельского и лесного хозяйства.
В основу предлагаемого способа положена разработка метода очистки поверхностных вод
от синезеленых водорослей путем сбора и использования их концентрированной биомассы как
субстрата для получения клар-газа посредством биотехнологии метанового «брожения» и обе-
спечения тем самым надлежащего уровня качества воды в каскаде водохранилищ при экономии
энергоресурсов. Применение цианобактерий в качестве сырья для производства биогаза являет-
ся инновационной разработкой, не имеющей мировых аналогов.
ISSN 1728-6204 Промышленная ботаника. 2010, вып. 10 195
Кроме природоохранного и энергосберегающего эффекта данного способа следует также от-
метить его относительную дешевизну и возможность регулировать размеры капиталовложений
на начальных этапах внедрения в зависимости от выбранных масштабов производства. Одним
из преимуществ предлагаемой технологии является простота устройства конструкций для сбо-
ра водорослей, ферментеров и газосборного оборудования, используемых для получения и на-
копления биогаза, что даст возможность внедрения этой биотехнологии в небольших частных
хозяйствах.
Метановое «брожение» происходит в водонепроницаемых цистернах (дайджестерах) с боко-
вым отверстием для подачи субстрата (концентрированной биомассы цианобактерий). Над ним
находится контейнер для сбора биогаза. Нависая над ферментируемой смесью в виде купола,
контейнер препятствует проникновению вовнутрь цистерны воздуха, что обеспечивает анаэроб-
ность процесса. В газовом куполе находится труба для отведения клар-газа. Дайджестеры изго-
тавливают из кирпича, бетона или стали. Купол для сбора газа может быть изготовлен из нейлона
или других газонепроницаемых материалов. Биогаз наполняет мешок, соединенный с компрес-
сором для повышения его давления.
Выводы
Предлагаемый способ получения биогаза (клар-газа) из синезеленых водорослей (цианобак-
терий) отличается от аналогов типом используемого субстрата и количественным составом био-
газа (повышенное содержание метана за счет уменьшения сероводорода и диоксида углерода).
Техническим результатом является получение смеси газов – более 700 мл из 1 дм3 субстрата на
протяжении недели при оптимальной температуре 20 – 30°С – с качественно-количественным
составом полученного в камеральных условиях продукта: СН4 (≈65%), СО2 (≈30%), Н2S, N2, О2 и
Н2 (≈по 1%) [7].
Перспективы использования цианобактерий для получения биогаза в условиях Кременчуг-
ского водохранилища с площадью водного зеркала 2250 км2 можно оценить с помощью следу-
ющих цифр: при сборе сестона в пятнах «цветения» в количестве до 50 кг/м3 [11] из объема
828 млн. м3 воды мелководий (глубина до 2 м; 18,4% площади водоема) его биомасса составит
4,14×107 т за вегетационный период. Подвергнув эту биомассу ферментации в процессе метано-
вого «брожения», можно получить до 28,98 млн. м3 биогаза (≈18,837 млн. м3 метана), что эквива-
лентно 20 тыс. т нефти или 17 тыс. т дизельного топлива.
1. Водоросли. Справочник / Под ред. С.П. Вассера. – Киев: Наук. думка, 1989. – С. 142 – 166.
2. Водоросли и лишайники // Жизнь растений / Под ред. А.А. Федорова. – М.: Просвещение, 1977. –
Т. 3. – С. 78 – 93.
3. ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством. – М.: Изд-во стан-
дартов, 1982. – 7с.
4. Кирпенко Ю.А. Природные популяции синезеленых водорослей – продуценты биологически активных
веществ / Ю.А. Кирпенко, Н.И. Кирпенко, А.В. Паршиков // Гидробиол. журн. – 1999. – Т. 35, №1. –
С. 77 – 82.
5. Кульский Л.А. Фитопланктон и вода / Л.А. Кульский, Л.А. Сиренко, З.И. Шкавро. – Киев: Наук. думка,
1986. – 134 с.
6. Никифоров В.В. О методах подавления массового развития синезеленых водорослей / В.В. Никифоров
// Вісник проблем біології і медицини. – 2002. – Вип. 4. – С. 27 – 31.
7. Никифоров В.В. Отримання біогазу із синьозелених водоростей / В.В. Никифоров // Матер. другої
Всеукр. наук.-практ. інтернет-конф., 27 – 29 березня 2007 року. – К., 2007. – С. 1 – 2.
8. Никифоров В.В. Хіміко-токсикологічні проблеми підготовки питної води при дії екстремальних
природних чинників / В.В. Никифоров, Т.Ф. Козловська // Вісник КДПУ. – 2002. – Вип. 5 (16). –
С. 106 – 108.
9. Никифоров В.В. Особенности хозяйственного значения синезеленых водорослей в условиях Кремен-
чугского и Днепродзержинского водохранилищ / В.В. Никифоров, Т.Ф. Козловская // Вісник КДПУ.
– 2002. – Вип. 5 (16). – С. 109 – 108.
10. Никифоров В.В. Химико-биологические причины ухудшения качества природной воды / В.В. Никифо-
ров, Т.Ф. Козловская // Вісник КДПУ. – 2002. – Вип. 6 (17). – С. 82 – 85.
ISSN 1728-6204 Промышленная ботаника. 2010, вып. 10196
11. Приймаченко А.Д. Фитопланктон и первичная продукция Днепра и днепровских водохранилищ /
А.Д. Приймаченко. – Киев: Наук. думка, 1981. – 278 с.
12. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды / А. Сассон; под ред. В.Г. Дебабова. – М.: Мир, 1987.
– 411 с.
13. Сиренко Л.А. «Цветение» воды и евтрофирование / Л.А. Сиренко, М.Я. Гавриленко. – Киев: Наук. дум-
ка, 1978. – 232 с.
14. Судьїна О.Г. Біохімічні особливості синьозелених водоростей, що викликають «цвітіння» води /
О.Г. Судьїна, Є.І. Шнюкова, Н.В. Костлан та ін. // Укр. ботан. журн. – 1978. – Т. 30, №4. – С. 497 – 505.
15. Carmichael W.W. Algal Toxins and Health / W.W. Carmichael // Water Environment. Environmental Sci. Res.
– New York: Plenum Press, 1981. – Vol. 20. – P. 1125 – 1138.
Кременчугский государственный университет им. М. Остроградского Получено 07.09.2010
УДК 574.6:477.63/64
О ПРИРОДООХРАННЫХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПЕРСПЕКТИВАХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СИНЕЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ
В.В. Никифоров
Кременчугский государственный университет им. М. Остроградского
Обсуждаются природоохранные и энергосберегающие перспективы использования синезеленых водорос-
лей. Утилизация их фитомассы для получения биогаза приведет к оздоровлению Днепра и его прилегаю-
щих территорий и позволит получать до 19 млн. м3 метана за вегетационный период (70 дней) из акватории
лишь Кременчугского водохранилища.
UDС 574.6:477.63/64
ON ENVIRONMENT-PROTECTING AND ENERGY-SAVING PROSPECTS OF BLUE-GREEN ALGAE
V.V. Nikiforov
Ostrogradskiy Kremenchug State University
Environment-protecting and energy-saving prospects of blue-green algae have been discussed. Utilization of their
phytomass to obtain biogas will lead to the recovery of River Dnepr and its subjacent territories, allowing to get up
to 19 mln. м3 of methane during the vegetation period (70 days) out of Kremenchug reservoir storage water area.
|