Микробная переработка навоза

1. С давних времен лучшим удобрением в земледелии считается навоз. Но в конце минувшего века иной стала система содержания животных на фермах: соломенную подстилку заменили гидросмывом, изменились рацион животных, кормовая база. Поэтому сегодня отходы животноводческих ферм и птицефабрик в исходном состоянии использовать для удобрения полей не всегда целесообразно.

Минеральные удобрения, которые появились сравнительно недавно, тоже имеют ряд недостатков: например, возможно накопление нитратов в продукции; действие в почве не более одного года; достаточно высокая стоимость.

Аэробная ферментативная переработка помета или навоза с помощью микробных ассоциаций позволяет получить удобрения, насыщенные активными микроорганизмами. Среди них много стимуляторов роста растений и бактерий, подавляющих такие болезни растений, как кила капусты, фузариоз томатов, серая гниль, сосудистое увядание растений и др. Кроме оздоровления и повышения плодородия почвы эти удобрения лишены семян сорняков, имеют низкую дозу внесения (10−20 кг на сотку) и удобны для применения.

Ученые ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, используя эти технологии, разработали несколько видов микробных удобрений. Наиболее эффективными являются «Бамил» (на основе микрофлоры, выращенной на стоках свиноферм) и «Омуг» (на основе микрофлоры, выращенной на подстилочном птичьем помете). Микробные удобрения соединяют в себе положительные свойства минеральных (известный химический состав, простая технология использования и низкая доза внесения, отсутствие семян сорняков) и органических удобрений (действие в течение 2−3 лет, повышение плодородия почв, подавление микрофлоры, вызывающей болезни растений). Они обладают стимулирующим действием на рост растений, повышают урожай на 70−80% и более, одновременно снижая в 3−4 раза повреждаемость растений вредными насекомыми. Важной особенностью этих удобрений является их способность резко повышать качество продукции. Так, содержание крахмала в клубнях картофеля возрастает на 4%, а аскорбиновой кислоты на 30%, белка в зернах пшеницы на 1,5%. При этом содержание нитратов в продукции остается достаточно низким, на уровне тех вариантов, которые выращивали без удобрений.

Микробные удобрения можно использовать для приготовления почво-смеси при выращивании рассады (20 г на 1 кг грунта). При выращивании овощных культур и цветов удобрения вносят в сухом виде в лунки, слегка присыпая сверху грунтом. После чего увлажняют и высаживают рассаду или вносят семена. Под деревья или кустарники удобрения также вносятся в небольшом объеме в корневую зону, заделываются в почву так, чтобы активные микроорганизмы выделяли стимуляторы роста — физиологически активные вещества, витамины, аминокислоты, непосредственно влияя на растение через корневую систему. Ускорение роста позволяет растениям быстрее пройти ростовые фазы, в результате чего снижается воздействие вредных насекомых.

Очень эффективны микробные удобрения для жидких подкормок (150−300 г настаивать в 10 л воды в течение суток). В этом случае реакция растений достаточно быстрая и даже ослабленные растения способны хорошо восстанавливаться.

Микробные удобрения можно вносить не только в почву, но и в компостные ямы (200 г/м3) для направленного улучшения качества компоста и ускорения микробиологических процессов компостирования отходов. Большим их достоинством является способность не терять своих свойств при хранении в течение нескольких лет, а также устойчивость к низким температурам. [1].

2. Эффективным способом утилизации навоза и помета является использование различных биологических систем, основанных на выращивании водных растений, пригодных на корм скоту. Ряска, водный гициант, сальвиния, хлорелла применяются для извлечения из навоза соединений азота и фосфора. Хорошим очистительным свойством обладает смесь водорослей и бактерий.

Не менее эффективным методом переработки жидкого навоза является силосование его с сеном злаковых трав (изготовление вестлажа).

Следует отметить, что до настоящего времени почти во всех странах мира отсутствует официальное разрешение на вскармливание скоту и птице переработанного навоза. Вопрос о допустимости использования отходов животноводства в кормовых целях обсуждается научной общественностью, причем причинами, препятствующими его положительному решению, считаются нестандартность кормовых продуктов, загрязненность их патогенной микрофлорой, яйцами гельминтов, наличие гормональных и лекарственных препаратов, а также токсичных соединений меди, цинка, ртути и других веществ.

Тем не менее, научно-производственный анализ позволяет считать, что вопрос об использовании отходов животноводства в кормовых целях в перспективе может быть решен положительно при условии глубокого изучения их ветеринарно-санитарного состояния.

В поисках решения проблемы обеззараживания и утилизации больших масс органических отходов животноводства все более широко применяются интенсивные методы, основанные на управляемых биологических и биохимических процессах, В современной индустрии промышленной переработки жидкого навоза и помета необходимо отметить следующие основные самостоятельные направления: переработка жидкого навоза в биологическое топливо и переработка навоза и помета в компосты (удобрения).

Наиболее распространенной является технология ускоренного компостирования навоза в периодическом режиме, осуществляемая в биоферментерах различной формы и конструктивного исполнения. Технологический процесс ускоренного компостирования протекает в искусственных условиях при непрерывной аэрации компостной смеси путем принудительной подачи воздуха в слой массы, находящейся в биферментерах. Продолжительность процесса компостирования смеси 7−8 суток.

Получаемый продукт — компост многоцелевого назначения представляет собой однородную сухую (55−70% влажности) сыпучую массу темно-коричневого цвета без неприятного запаха, долгое время может храниться в буртах под открытым небом, технологичен для погрузки, перевозки и внесения в почву.

В настоящее время ведутся научные поиски по интенсификации активного способа компостирования навоза и помета. Одним из путей решения задачи, связанной с ускорением биохимических и микробиологических процессов, протекающих в биоферментере, является поиск и использование активных микробиологических культур, обеспечивающих повышение активности микробиоценоза, накопление антибиотических веществ, деструкцию органического субстрата и обладающие антагонистическими свойствами по отношению к патогенной микрофлоре. [2].

3. Биогазовая станция производит путем бескислородного брожения биогаз и биоудобрения из биоотходов и энергетических культур. Различают четыре этапа процесса брожения:

Процесс разложения можно разделить на 4 этапа, в каждом из которых участие принимают разные группы бактерий: На первом этапе аэробные бактерии перестраивают высокомолекулярные органические субстанции (белок, углеводы, жиры, целлюлозу) с помощью энзимов на низкомолекулярные соединения, такие как моносахариды, аминокислоты, жирные кислоты и воду. Энзимы, выделяемые гидролизными бактериями, расщепляют органические составляющие субстрата на малые водорастворимые молекулы. Полимеры превращаются в мономеры (отдельные молекулы). Этот процесс называется гидролиз.

Далее расщеплением занимаются кислотообразующие бактерии. Отдельные молекулы проникают в клетки бактерий, где происходит их дальнейшее преобразование. В этом процессе частично принимают участие анаэробные бактерии, употребляющие остатки кислорода и образующие тем самым необходимые для метановых бактерий анаэробные условия. На этом этапе вырабатываются: кислоты (уксусная, муравьиная, масляная, пропионовая, капроновая и молочная), спирты и кетоны (метанол, этанол, пропанол, бутанол, глицерин и ацетон), газы (двуокись углерода, углерод, сероводород и аммиак). Этот этап называют этапом окисления. После этого кислотообразующие бактерии создают из органических кислот исходные продукты для образования метана, а именно: уксусную кислоту, двуокись углерода и водород. Для жизнедеятельности этих бактерий, поглощающих водород, очень важно соблюдение стабильного температурного режима.

На последнем этапе образуется метан, двуокись углерода и вода. 90% всего метана вырабатывается на этом этапе, 70% происходит из уксусной кислоты. Таким образом, образование уксусной кислоты (то есть 3 этап расщепления) является фактором, определяющим скорость образования метана. Из практики известно, что некоторые виды органических отходов не перерабатываются в одном реакторе. Например, птичий помет, спиртовая барда не перерабатываются в биогаз в обычном реакторе (ферментаторе). Для переработки такого сырья необходимо установить дополнительный реактор гидролиза. Такой реактор позволяет контролировать уровень кислотности, чтобы бактерии не погибли из-за повышенного содержания кислот или щелочей. С этой точки зрения двухстадийный процесс переработки более универсален и более эффективен. Одностадийный и двустадийный процесс Схема биогазовой установки.

Предпочтительная схема биогазовой установки навоз анаэробный микробный биогазовый Биогазовая станция — это закрытые реакторы (или ферментеры, дигестеры, метантенки, биореакторы) выполненные из монолитного железобетона или стал с покрытием. Жидкие биоотходы перекачиваются на биогазовую установку фекальными насосами по трубопроводу, в предварительную емкость. В этой емкости происходит гомогенизация массы и подогрев до необходимой температуры. Твердые отходы загружаются в специальный шнековый загрузчик, из емкости гомогенизации и загрузчика твердых отходов биомасса поступает в реактор.

Организация работы биогазовой установки Реактор является газонепроницаемым, полностью герметичным резервуаром. Это конструкция теплоизолируется слоем утеплителя. Толщина утеплителя рассчитывается под климатические условия. Внутри реактора поддерживается фиксированная для микроорганизмов температура. Температура в реакторе мезофильная (35−38^°С). Подогрев реактора ведется теплоносителем. Система подогрева — это теплообменник находящихся внутри стенки реактора, либо на ее внутренней поверхности. Если биогазовая установка комплектуется когенерационной установкой (теплоэлектрогенератором), то тепло от охлаждения электростанции используется для подогрева реактора. Если биогазовая установка работает только на производство биогаза, тогда тепло берется от специально установленного водогрейного биогазового котла. Затраты тепловой и электрической энергии на нужды самой установки составляют от 5 до 10% всей производимой энергии.

Всю работу по сбраживанию отходов проделают анаэробные микроорганизмы. В биореактор микроорганизмы вводятся один раз при первом запуске. На выходе имеем два продукта: биогаз и биоудобрения (компостированный и жидкий субстрат). Биогаз поступает из метантенка в газгольдер. Здесь в газгольдере выравниваются давление и состав газа. Из газгольдера по газовой системе идет непрерывная подача биогаза в газовый или дизель-газовый теплоэлектрогенератор. Газовая система включает в себя осушку биогаза, очистку от сероводорода и газоподготовку. Крупные биогазовые установки имеют факельные установки. В случае, когда предприятию требуется не электроэнергия, а газ биогазовая установка комплектуется системой очистки от CO₂.

Переброженная масса — это биоудобрения. Жидкие отделяются от твердых с помощью сепаратора и сохраняются в емкости для хранения биоудобрения. Всей системой управляет система автоматики. [3].

• 1. «Дачная жизнь». И. АИПЧЕНКО, доктор биологических наук, ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, [Электронный ресурс]
• 2. К. Н. Бирюков, аспирант, Способы переработки и утилизации навоза и помета в современных условиях ведения животноводства, (научно-производственный анализ) УДК 619:614 [Электронный ресурс]
• 3. Устройство и принцип работы биогазовой станции [Электронный ресурс]