Технология анаэробного сбраживания как наиболее эффективный способ переработки отходов животноводства

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕХНОЛОГИЯ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ КАК НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА

Берчатова-Емелина М.Б., Кучумова Р.М.

Аннотация

Статья посвящена изучению существующих способов переработки отходов животноводческих предприятий, являющихся мощным фактором негативного воздействия на экосистему, связанного с локальным накоплением навоза животных, объёмы которых намного выше естественного потенциала биодеградации. Вместе с тем данные отходы могут послужить ценным субстратом для получения полезных продуктов, например, высокоэффективных органических удобрений или биогаза, при применении технологии анаэробного сбраживания.

Ключевые слова: анаэробное сбраживание, отходы животноводства, биогазовая технология, биомасса, биогаз

Annotation

The article is devoted to the study of existing methods for processing waste from livestock enterprises, which is a powerful factor in the negative impact on the ecosystem associated with the local accumulation of animal manure, the volume of which is much higher than the natural potential of biodegradation. At the same time, this waste can serve as a valuable substrate for the production of useful products, for example, highly effective organic fertilizers or biogas, when using anaerobic digestion technology.

Key words: anaerobic digestion, animal waste, biogas technology, biomass, biogas

Основная часть

Как известно, на ограниченных территориях животноводческих предприятий образуется и концентрируется такое большое количество отходов, которое чаще всего даже не применяется в качестве удобрений и создает опасные очаги загрязнения окружающей среды. В отходах жизнедеятельности животных и птиц содержится немало болезнетворных бактерий и опасных веществ (например, фенол, аммиак, соли тяжелых металлов и т.д.), заражающих почву и загрязняющих поверхностные и грунтовые воды. Кроме того, отрасль животноводства является лидером по количеству выбросов парниковых газов в атмосферу. В связи с этим особое внимание уделяется поиску наиболее эффективных технологических решений утилизации и переработки отходов сельскохозяйственных животных.

Говоря о вреде, наносимом крупными предприятиями животноводства окружающей среде, необходимо в первую очередь отметить загрязнение воздушной среды вблизи комплексов пылью, источниками которой являются ворсинки животных, пух птиц, корма и подстилка, а также различными микроорганизмами (в том числе и патогенными), гнездящимися на пылевых частицах [1].

Кроме того, экскременты животных являются источником эмиссии целого ряда различных летучих соединений (например, сероводород, меркаптаны, летучие жирные кислоты, аммиак и т.д.), обладающих выраженным неприятным запахом, который оказывает негативное влияние на самочувствие персонала животноводческих предприятий и ухудшает качество жизни людей, проживающих рядом с ними. Токсичные и запахообразующие вещества возникают в процессе микробиологического разложения органических компонентов, содержащихся в отходах животноводства, причём из опубликованных данных известно, что главный вклад в газовыделение вносит анаэробная микробиота. Необходимо отметить, что радиус распространения неприятных запахов может достигать 10 км, в особенности от свиноферм [2].

Фермы являются мощными загрязнителями не только атмосферного воздуха, но земли и водных объектов. Как известно, в отходах сельскохозяйственных животных содержится множество вредных веществ, таких как яйца гельминтов, соли тяжёлых металлов, пестициды, семена сорных растений, антибиотики и разного рода добавки, активно используемые для ускоренного развития животных. Занимая обширные земельные площади, отходы могут стать причиной размножения в почве многочисленных возбудителей инфекционных заболеваний, например, возбудителей столбняка, сибирской язвы и ботулизма [3].

Помимо широко применяемого естественного обеззараживания навоза в лагунах с вывозом его на поля существует ряд других способов, которые приведены на рисунке 1 [4].

Рисунок 1 Классификация методов переработки биомассы

животноводство отходы переработка термохимический

Как видно из рисунка 1, выделяется три метода термохимической переработки органических отходов:

- коксование (или сжигание), при котором химическая энергия, заключённая в биомассе, в процессе окисления превращается в тепло непосредственно;

- газификация - процесс, протекающий в отличии от коксования при ограниченном подводе кислорода, целью которого является превращение наибольшей части биоматериала в газообразное горючее;

- сжижение - процесс, протекающий в специально предназначенных для этого установках при химической реакции [4].

Другую группу методов переработки отходов составляют биологические методы, отличающиеся своей эколого-экономической эффективностью. Среди достоинств данных методов отмечается безопасность для окружающей среды и низкое собственное энергопотребление, а среди недостатков - нестабильность химического процесса и большие капитальные затраты на строительство установок биологической очистки [4, 5].

Среди известных способов переработки биомассы, перечисленных на рисунке 1, самым передовым является технология анаэробного сбраживания, обеспечивающая обезвреживание навоза и сохранение его как высококалорийного органического удобрения, богатого питательными веществами и гумусом, при одновременном получении альтернативного источника энергии - биогаза.

Под анаэробным разложением подразумевается технология утилизации органических веществ с помощью микроорганизмов метаногенных сообществ, конечным продуктом которого является биогаз. Основным компонентом биогаза является метан, содержание которого зависит от вида исходного сырья, используемого для сбраживания, и составляет от 55 до 7 0 % от общего объёма. Этот способ переработки отходов безопасен для окружающей среды, поскольку реакторы, в которых протекает процесс анаэробной ферментации, полностью изолированы от неё.

Кроме того, в процессе анаэробной биодеградации обеспечивается дегельминтизация, уничтожение сорняков и патогенных микроорганизмов. Гибель патогенов происходит не только благодаря высокой температуре процесса анаэробной биодеградации, но и из-за антибактериального действия летучих жирных кислот, образующихся на стадии ацидогенеза [4, 5].

Если проводить сравнение процесса анаэробного сбраживания, входящего в группу биологических методов переработки отходов, с другими методами, приведёнными на рисунке 1, то данный метод позволяет перерабатывать бесподстилочный навоз с получением сразу двух продуктов - эффективных органических удобрений и биологического газа.

Таким образом, ни один из известных способов переработки экскрементов сельскохозяйственных животных, кроме анаэробного сбраживания, не соответствует в полной мере двум современным требованиям: обеспечения полной утилизации отходов в качестве эффективных биоудобрений и получения в результате переработки дополнительного энергоресурса, позволяющего частично или полностью заместить традиционный источник энергии и покрыть затрат ы на переработку навоза (помёта). Анаэробное сбраживание отходов можно оценивать, как экологическое, природоохранное мероприятие, которое одновременно позволяет улучшить энергетический баланс народного хозяйства.

Использованные источники

1. Андреев, Л. Н. Мониторинг состояния воздушной среды вблизи крупных животноводческих комплексов Тюменской области / Л. Н. Андреев, Е. А. Басуматорова // Зоотехния. 2020. № 5 (85). С. 179-181.

2. Экологические проблемы животноводства: краткий курс лекций для аспирантов 2 курса направления подготовки 36.06.01 Ветеринария и зоотехния / Сост.: М. В. Забелина // ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ». Саратов, 2014. 52 с.

3. Косогор, Д. В. Отрицательное влияние отходов животноводства на окружающую природную среду / Д. В. Косогор, С. Н. Ащеулов // Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения: Сборник материалов LV Студенческой научно-практической конференции, Тюмень, 17-19 марта 2021 года. Том Часть 2. Тюмень: Государственный аграрный университет Северного Зауралья, 2021. С. 648-651.

4. Земсков, В. И. Проектирование экологически и энергоэффективной технологии анаэробной утилизации навоза на животноводческих фермах: учеб. пособие / В. И. Земсков, И. Ю. Александров. СПб: Лань, 2016. 206 с.

5. Дубровский, В. С. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов [Текст] / В. С. Дубровский, У. Э. Виестур. Рига: Зинатне, 1988. 204 с.

Размещено на Allbest.ru