Экологические аспекты применения в сельском хозяйстве биогазогумусных установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологические аспекты применения в сельском хозяйстве биогазогумусных установок

Хамоков Марат Мухамедович, кандидат наук, доцент, доцент

Кабардино-Балкарский государственный аграрный унивесритет имени В.М. Кокова

В работе приводится исследование по применению биогазогумусных установок для утилизации отходов сельского хозяйства с получением биоорганического удобрения и биогаза. Показано, что отходы сельского хозяйства после переработки можно использовать в качестве удобрения. Приведены достоинства утилизации отходов сельского хозяйства в биогазогумусных установок. экологический утилизация отход сельский

В работе приводится исследование по применению биогазогумусных установок для утилизации отходов сельского хозяйства с получением биоорганического удобрения и биогаза. Показано, что отходы сельского хозяйства после переработки можно использовать в качестве удобрения. Приведены достоинства утилизации отходов сельского хозяйства в биогазогумусных установок.

Вопросы размещения птичников в значительной мере определяются экологическими проблемами, которые они за собой влекут. Любое экологическое воздействие на окружающую природную среду определяется влиянием объекта на атмосферный воздух, водные и почвенные ресурсы.

Животные (птица) длительное время находящиеся в закрытых помещениях, сами подвергаются, воздействию тех выделений, которые неизбежно сопровождают такой метод содержания. К этим вредным выделениям относят выделение влаги, углекислоты, аммиака, сероводорода. Следует отметить, что от этих параметров в значительной мере зависит также и самочувствие самих животных, Так при плохой вентиляции помещения, животные становятся вялыми, у них ухудшается аппетит, падает продуктивность и могут появиться различные заболевания. Поэтому все эти величины нормируются, так согласно ОНТП-4-79 в птичниках допускается содержание углекислоты до 2,5л/м3. аммиака - до 15 мг/м3., сероводорода - до 5мг/м3. При этом для расчетов используют нормы выделений взрослой птицей 1,44 л/час углекислоты и 3,75 г/час водяных паров. Для обеспечения данных нормативных параметров минимальное количество свежего воздуха, подаваемого в птичники в холодный период года на 1 кг живой массы взрослой птицы при их содержании на полу 0,75 м3/час, что обеспечивается, как правило, оборудованием приточно-вытяжной вентиляции.

Данный вопрос является одним из наиболее серьезных с точки зрения воздействия на окружающую природную среду. Среднесуточный выход помета от одной птицы мясного направления - 290г. Ясно что даже для маленького птичника на 1000 голов, ежедневное накопление 290 кг помета это серьезная проблема, которая может перерасти в серьезную проблему и для существования самого мелкого хозяйства при условии отсутствия необходимых свободных площадей для их утилизации (складирования), которые при этом должны быть специально оборудованы и достаточно далеко расположены от жилых объектов [1]. Близость же этих птичников или мест складирования помета (навоза) к водным объектам вообще недопустимо. В данном случае начинают действовать нормы расстояний, определяемых для санитарно защитных зон, которые в зависимости от типа и вида объекта могут быть в пределах 200-2000м. Отметим также и экономический аспект, определяемый тем ущербом, который сопровождает размещение отходов производства и оплачиваемый по специальным тарифам. Решение данной проблемы и обусловило значительный интерес к использованию технологий анаэробного сбраживания отходов птицеводства (сельскохозяйственного производства). В настоящее время в КБР, как и во всей Российской Федерации (РФ) отходы сельскохозяйственного производства, как правило, перерабатывают с использованием тех же методов, что и при переработке ТБО, а именно методов захоронения и компостирования. Эти методы основаны на сборе отходов и их складировании в специально-приспособленных для этих целей приемниках (навозохранилищах), при этом время необходимое для переработки данных отходов с использованием аэробного сбраживания - 10-12 месяцев.

Среди наиболее прогрессивных методов, нашедших свое применение как у нас в стране, так и за рубежом являются методы, основанные на использовании биообъектов (красный калифорнийский червь) и анаэробном сбраживании отходов. Эти методы направлены на ускорение процесса сбраживания отходов и на получение из отходов гораздо более ценных органических удобрений[1].

Для анаэробного сбраживания используются биогазогумусные установки, предназначенные для приготовления из растительных отходов, экскрементов животных и птицы высококачественных обеззараженных органических удобрений и горючего газа на энергетические нужды. Этот метод позволяет почти полностью сохранить в готовом удобрении все компоненты питательных веществ для растений (NPK), которые содержались в исходном сырье. Получаемые органические удобрения получаются обеззараженными от патогенных микроорганизмов, гельминтов и их семян, семян сорняков и могут быть использованы как для основной заправки почвы, так и для подкормки с поливом растений в период вегетации всех культур и при внутрипочвенном внесении. Вырабатываемый биогаз имеет калорийность 5500 ккал.м3 и используется в качестве топлива для котлов и двигателей внутреннего сгорания.

Метановое «брожение», или биометаногенез - давно известный процесс превращения биомассы в энергию. Он был открыт в 1776 г. Вольтой, который установил наличие метана в болотном газе. Биогаз, получающийся в ходе этого процесса, представляет собой смесь из 65% метана, 30 % углекислого газа, 1% сероводорода и незначительных количеств азота, кислорода, водорода и закиси углерода[2]. В 1808 году английский химик Г. Деви впервые получил из навоза хорошо известный всем горючий газ. Первый же аппарат по переработке навоза в биогаз - биогазогумусная установка (БГУ) был создан в 1895 году в Англии и долгое время это направление (биогазовая энергетика) считалось перспективным для слаборазвитых стран и стран с дефицитом топливных ресурсов.

Действительно, основное количество таких установок сосредоточено в Индии, Китае, Бангладеш, Пакистане, Таиланде, новой Зеландии. Только в Китае таких установок более 7 млн.штук., а в Индии ежегодно вводится в строй 5-6 тыс. БГУ [3]. Отметим, что производство биогаза в сельских районах Индии является одним из основных принципов энергетической политики этого государства. В Индийском технологическом институте проводятся фундаментальные и прикладные исследования по изучению данного процесса. Перспективы развития такого производства в этой стране многообещающи. На серьезность подхода к этому вопросу указывает постоянное включение в индийские государственные планы развития строительство таких установок. Причем по программе «Гобар газ» производителей биогаза обеспечивают технической помощью, необходимой документацией и выделяют фонды для создания установок, работающих от навоза трех-четырех голов крупного рогатого скота, с тем чтобы удовлетворить потребность в энергии семьи из четырех-пяти человек.[3].

В экономически развитых странах биогазом всерьез заинтересовались значительно позднее - лет 10-15 назад. Эти разработки направлены на создание централизованных биогазовых заводов, перерабатывающих навозные стоки животноводческих ферм. Производительность биогазовых заводов очень высока. Так, на заводе, обслуживающем 3 откормочных комплекса с поголовьем 110 тыс. голов, ежедневно перерабатывается 500 т навоза и производят не только 432 тыс.м3. очищенного метана, но и азотсодержащие органические компосты, протеиновые кормовые добавки. При этом необходимо отметить, что на современных заводах навоз перерабатывается в замкнутом технологическом цикле с рециркуляцией сырья, воды и субпродуктов. Но строительство крупных биогазовых заводов - не единственный возможный путь переработки отходов животноводства. В последние годы гораздо большее внимание уделяется разработке и внедрению установок по переработке навоза в биогаз непосредственно на животноводческих фермах и комплексах. Реализована идея сомообеспечения животноводческой фермы энергией на основе получения биогаза на свиноводческой ферме близ города Остин (штат Техас). В настоящее время в США действует более 10 крупных биогазовых заводов и комплексов, строятся новые. Во всем мире в настоящее время действует более 600 крупных биогазовых комплексов, из них более 400 работают на сельскохозяйственных отходах.

В Европе наибольшую известность приобрела сконструированная в Англии система «АНОКС», предназначенная для обработки промышленных свиноводческих ферм с поголовьем 22 тыс. свиней.

Франция, ранее отказавшаяся от эксплуатации более 2000 тысяч традиционных установок, работавших еще со времен второй мировой войны, вновь активно продолжила эти работы. Благодаря работам выполненным в научно-исследовательском институте им удалось получить до 0.45 м3. биогаза с каждого килограмма сухого вещества. На основе этих и других работ в 1981 году Французский Комиссариат по солнечной энергии (COMES) приступил к выпуску опытных установок и распространению их в сельскохозяйственных районах страны. При мощной поддержке промышленников стали проводиться научные более 30 важнейших научно-конструкторских разработок, с тем, чтобы начать внедрение сотен установок по переработке отходов. Эта программа стала возможной благодаря быстрому росту фондов, выделяемых на разработки COMES, так если в 1981 году было выделено только 30 млн. франков на научные разработки, то в 1982 году уже 70 и в 1985 году 240 млн. франков.

Развитие биогазовой отрасли повлекло за собой целый ряд новых производств. Так итальянская фирма «Фиат» разработала универсальный энергоблок «Totem» , способный работать на любом виде топлива, в том числе и на биогазе. Энергоблок данной конструкции, установленный на ферме в которой содержится 100 коров, способен непрерывно обеспечивать электроэнергией бытовое оборудование мощностью 15 кВт. Промышленность ФРГ и США начали поставку животноводческим фермам калориферы и котлы с биогазовыми горелками, биогазовых теплоэлектрогенераторов, биогазовые брудеры и прочее оборудование.

Самое большое достоинство биогазовых установок - возможность широкого использования установок различных конструкций - от простейших, работающих в сельской семье, до сложнейших систем, обеспечивающих работу городов и крупных ферм. Скромная домашняя» установка, рассчитанная на получение 2-3 м3. биогаза в сутки и оборудованный по последнему слову техники биогазовый комплекс в настоящее время имеют равные права на существование. Применение тех или иных установок во многом определяется материальными и техническими возможностями хозяйств, желающих использовать данные установки.

В СССР первые научные работы были начаты в 50 годы ВИЭСХом. Первые экспериментальные установки были поставлены в 1983 году в Запорожской области, совхозе «Рассвет» и на животноводческом комплексе совхоза «Огре» в Латвии.(разработка ученых Института Кирхештейна А.Н. Латвийской ССР. Затем научно-исследовательские работы были продолжены учеными ВИЭСХ, ВНИПИЭНЕРГОПРОМА, ВНИИКОМЖа. Были разработаны интенсивные двухфазные процессы и образцы приспособлений, лабораторные установки для реализации этих процессов. В лабораторных условиях удалось снизить экспозицию метанового сбраживания до 3 суток и обеспечить выход белка с 1 м3. биогаза до 300 г. Изучение физических и микробиологических показателей навоза, а также их зависимостей от режима и методов обработки позволило проанализировать известные технологические схемы и оборудование для метанового сбраживания органических отходов и получение из него кормовых добавок; получить экспериментальные данные по динамике процессов метанового сбраживания и биосинтеза белка из биогаза, амплитудно-частотные и переходные характеристики этих процессов как объектов управления; определить условия интенсификации каждой из стадий микробиологической переработки навоза, включая физическую и биохимическую его подготовку к сбраживанию и последующее использование биогаза; найдены рациональные принципы построения промышленных аппаратов для метанового сбраживания навоза и биосинтеза белка, отвечающих условиям сельскохозяйственного производства. Однако, в силу причин связанных с экономическим кризисом в стране, большинство этих работ было свернуто. Этому в значительной мере способствовала низкая стоимость имеющихся в стране энергоносителей, удобрений, отсутствие целенаправленной государственной политики в области охраны окружающей среды. В последние годы в этом направлении стало все кардинально меняться: значительное внимание стало уделяться экологическим вопросам, возросла стоимость удобрений и энергоносителей. Анаэробное метановое сбраживание навоза и других отходов сельскохозяйственного производства, позволяет получать биогаз, ценное органическое удобрение с повышенной биологической активностью, либо белково-витаминные концентраты для обогащения ими кормов. Такая переработка навоза - наиболее эффективное природоохранное мероприятие, обеспечивающее его дезодорацию, снижение загрязнения почвенного покрова, водных ресурсов и атмосферы загрязняющими веществами и патогенной флорой.

Список литературы

1. Хамоков М.М., Шекихачев Ю.А., Алоев В.З., Курасов В.С., Темукуев Т.Б. Производственная и энергетическая эффективность использования биогазовой установки / Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2012. - № 76. - С. 333-342.

2. Сассон А., Биотехнология: свершения и надежды: Пер. с англ. / Под ред., с предисл. и допл. В. Г. Дебабова. - М.: Мир 1987. - 411с.

3. Бирюков В.В., Основы промышленной биотехнологии: М.: «КолосС» «Химия», 2004. - 296 с. ISBN: 5-9532-0231-8 , 5-98109-008-1.

Размещено на Allbest.ru