المفاعلات الحيوية و انتاج الميثان

تعد المفاعلات ركنا اساسيا لإنجاح عمليات التقنية الحيوية قاطبة، وكذا الحال مع انتاج الميثان. وقد بدأ انتاج الميثان مطلع القرن المنصرم لمعاملة الفضلات الناتجة من صناعات مختلفة مثل صناعات الكحول وإنتاج المضادات الحيوية وانتاج خميرة الخبز وغيرها من الصناعات. والمشكلة القائمة في معاملة الفضلات ان المرحلة اولى وهي مرحلة تكوين الحوامض تكون سريعة وتزيد حوالي عشرة أضعاف عملية توليد الميثان التي تمثل المرحلة الثالثة او الاخيرة. فالزيادة تحصل في كميات الهيدروجين والحوامض الدهنية الطيارة VFAs مما يؤدي الى ابطاء او توقف العملية بالكامل ، لذلك تصميم المخمرات او المفاعلات الحيوية لتعمل على مرحلتين او تكون مزدوجة الاطوار الأولى لتكوين الحوامض والثانية لتوليد الميثان.

كما ان العملية قد تكون بطيئة ربما بسبب قلة تركيز الخلايا لذلك تحتاج المواد للبقاء لمدة طويلة، اضافة الى ان الخلايا تكون حساسة فلا تتحمل او لا تكون ثابتة تجاه التغيرات التي تحصل في بيئتها والمشاكل اعلاه يمكن معالجتها بزيادة كثافة الخلايا الى الحد الذي تصبح فيه العملية كفؤة ومجدية من الناحية الاقتصادية، اذ يسمح للخلايا بتكوين الجليدات او الأغشية الحيوية او يسمح لها بالالتصاق على مواد حاملة في داخل المفاعلات، كل هذه الاجراءات تزيد من قابلية الخلايا على موجهة الظروف المتغيرة وتجعلها مقاومة للعديد من الاجهادات. ولإنجاح العملية توجد عوامل اخرى يمكن ان تؤخذ بنظر الاعتبار منها :

• اختيار الطريقة المناسبة لكل نوع من الفضلات والتي على ضوئها يمكن اختيار اللقاحات التي تضاف لتعجل بالعمليات على الاقل في الخطوات الأولى.
• استعمال الفضلات الحاوية على أيونات الكالسيوم والباريوم Ba⁺⁺ والنيكل واذا كانت خالية تضاف إليها للمساعدة في تكوين بعض الانزيمات وضروريات التفاعلات الحيوية.
• تجنب عمليات الانغلاق لمداخل ومخارج المفاعلات التي يمكن ان تحصل من النمو الخيطي للأحياء اذ ان المفاعلات الحيوية لابد ان تحوي على فتحات تنفيس الغازات خوفا من الانفجار.

وتعد مسألة اختيار الاحياء من الأمور الهامة لذلك تنتخب الاحياء التي تستطيع بتجمعات فمثلا Methanothrix spp يمكن ان تنمو على شكل حبيبات كروية وهذا يزيد من فاعليتها في المفاعلات. والافضل ان تثبت الخلايا على الصخور او قطع من اللدائن او حبات من الزجاج او الخرز – اي تقييد الخلايا – فحبات الخرز بقطر 3 – 4 ملم يمكن ان تزيد من تركيز الخلايا الى 200 ضعف خلال 12 – 24 ساعة. وهذه تصلح مع الفضلات الحاوية على تراكيز متوسطة من المواد العضوية مثل الفضلات المائية، ووجود الخلايا المقيدة مع مواد تقيدها يجعلها في أسفل المفاعل وتقوم بفعاليتها عند القعر وتسهل سحب نواتج الفعاليات مثل الغاز الحيوي والمواد السائلة من أعلى المفاعل.

وتصلح العديد من المواد للتقييد منها اللدائن او الطين المفخور وأنواع خاصة من الزجاج على ان تكون بأحجام محددة ولا تقل عن 0.5 ملم للمحافظة على المسامية ووجود ثقوب ملائمة للسماح للمواد بالحركة.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .