Сидоренко О. Д. Биологические т ехнологии утилизации отходов животноводства



страница4/8
Дата23.04.2016
Размер1.14 Mb.
ТипКнига
1   2   3   4   5   6   7   8

(Табл.7.) Содержание микроорганизмов

Образец

Мезофилы

Термофилы


Термофилы, %

тыс. на 1 г

Созревший навоз

300000

7300

2,4

Компост высокого нагрева

30000

8000

23,6

Компостные кучи

85000

20000

23,8

Компост среднего нагрева

16000

1500

9,4

— при 50°С численность бактерий уменьшается; наблюдается размножение термофильных грибов и актиномицетов;

— при 55...65° С наблюдается интенсивное развитие термофильных споровых целлюлозоразрушающих бактерий. Численность грибов уменьшается, актиномицеты, по-прежнему остаются активными;

— при 75°С грибы и актиномицеты отсутствуют. Сохраняют свою активность лишь термофильные бактерии, расщепляющие клетчатку.

Таким образом, большое значение в процессе созревания навоза имеет температура, от которой зависит состав навоза и его удобрительные качества. Поддержание температуры на уровне 50...60°С обеспечивает наиболее быстрое созревание навоза.

При плотном (анаэробном) хранении создаются анаэробные условия, медленно развиваются микробиологические процессы и незначительно повышается температура (до 25...35°С). Основную роль в трансформации органических соединений играют неспорообразующие микробы: кокки, псевдомонады, протеи, эшерихии. Бацилл и актиномицетов в таком навозе немного (табл. 8).

Аэробно-анаэробное хранение навоза в штабеле характеризуется повышенной температурой (до 50...60°С) и гибелью неспорообразующих форм бактерий. Такое хранение навоза представляет собой послойную укладку навоза без уплотнения, затем через 4...5 дней разогревшийся навоз уплотняют и т. д. — до образования штабеля размером 5x2 м. Чем интенсивнее протекают микробиологические
(Табл.8.) Содержание микроорганизмов при созревании плотного навоза (по В. Н. Былинкиной), млн. в 1 г массе

Группы микроорганизмов

Исходный материал

Срок, прошедший со времени закладки навоза

15 дней

1 мес.

2 мес.

4 мес.

Бактерии

960

2600

1800

140

130

Бациллы

6

15

20

7

6

Актиномицеты

1

1,6

1,8

0,9

1,5

процессы, тем больше теряется ценных и важных для растений веществ — азота и фосфора.

Различают четыре стадии разложения навоза, приготовленного на соломенной подстилке: свежий, полуперепревший, перепревший и перегной. Полуперепревший навоз теряет 10...30% первоначальной массы и такое же количество органического вещества; перепревший навоз теряет около 50% массы и сухого органического вещества; перегной теряет 75% массы, сухого органического вещества и значительное количество азота.

Прежде чем выбирать и разрабатывать методы переработки и удаления отходов животноводства, целесообразно отобрать пробы отходов, средних образцов и проанализировать их. Отбор проб отходов производить трудно вследствие высокой их концентрации и неоднородности. Поэтому, как правило, пользуются сравнительными данными справочников. Для характеристики жидких и твердых компонентов навоза используют традиционные аналитические методы определения БПК, ХПК, взвешенные твердые вещества и др. Их соотношения (БПК:ХПК) используются для определения возможности применения процессов биохимической очистки конкретных отходов. Малые значения этих отношений указывают на наличие значительной фракции, не поддающейся биохимическому разложению. Например, в сточных водах свиноводческих ферм фракция, не поддающаяся биохимическому разложению или в которой это разложение протекает медленно, может составлять примерно 60 ... 70% всех твердых веществ.


(Табл.9.) Средние потери органического вещества и азота при разных способах хранения навоза в течение 4 мес., %

(данные ВИУА)



Навоз

Навоз на соломенной подстилке

Навоз на торфяной подстилке

Орган. вещество

Азот

Орган. вещество

Азот

Рыхлый (горячий)

32,6

31,4

48,8

25,2

Горячепрессованный

24,6

21,6

32,9

17,1

Плотный (холодный)

12,2

10,7

7,0

1,0



3.3. Переработка птичьего помета

История эксплуатации гуано похожа на историю использования человеком многих других земных богатств. Когда-то инки пользовались им благоразумно и торговля гуано поддерживала государственный бюджет, составляя половину всех доходов государства. Гуано имело твердо установленную цену, добыча его велась планомерно, запасы перуанского гуано оценивались более чем в 23 млн. т. Однако уже в первые годы XIX века многое изменилось: залежи начали иссякать из-за активной торговли. И только в последнее время благодаря охране птиц и упорядочению вывоза гуано, толщина слоя удобрений увеличилась в несколько раз.

У нас птичий помет накапливается вблизи птицефабрик, теряет свои ценные качества и представляет постоянную угрозу окружающей среде. Объем отходов, приходящихся на одну птицу в сутки, находится в диапазоне 0,19...0,23 л. Общее энергетическое значение куриного помета составляет от 3,2 до 4,5 кал на 1 г сухого вещества, а содержание азота составляет от 0,03 до 0,07 г азота на 1 г сухого вещества, в зависимости от скармливаемого рациона. По другим данным, энергетическое значение птичьего помета составляет 1,37 кал/сут. на одну птицу.

Смесь подстилки и помета бройлеров содержит в среднем 25% влаги, 1,7% азота, 0,81 % фосфора и 1,25% калия. В среднем птичий помет содержит 40% влаги, 1,3% азота, 1,2% фосфора и 1,1% калия (табл. 10). Объемы птичьего помета и его состав зависят от вида птицы и технологии ее содержания.

При внедрении на птицефабриках клеточных батарей для содержания птицы стали возникать серьезные проблемы
(Табл.10.) Химический состав птичьего помета, % на сырое вещество

Птица

Н2О

N

Р2О5

К2О

СаО

МgО

SO3

Куры

56

1,6

1,5

0,8

2,4

0,7

0,4

Утки

70

0,7

0,9

0,6

1,1

0,2

0,3

Гуси

76

0,5

0,5

0,9

0,8

0,2

1,1

с удалением и переработкой помета, очисткой и обеззараживанием сточных вод. В целом системы уборки помета несовершенные. В табл. 11 приведены отдельные величины поступления вторичного сырья от птицефабрик, яичного и мясного направления, которые зависят от вида, возраста и поголовья птицы.

Для общей качественной оценки птичьего помета используют в основном такие показатели, как относительная влажность, насыпная масса. Их значения предопределяют

Табл.11.) Основные показатели качества птичьего помета

(по В. П.Лысенко, 1998)



Показатель

Норма по видам помета

с под-стилкой

от молод-няка

от взрослого поголовья

Массовая доля влаги, % не более:

45

65

75

Массовая доля общих форм, % на нормативную влажность, не менее:

азот

1,8

1,4

1,2

фосфор

0,7

0,4

0,3

калий

0,6

0,5

0,3

Содержание посторонних включений на нормативную влажность, не более:

с высокой удельной массой (камни, щебень и др.) размером более 50 мм

1,5

1,5

1,5

Содержание тяжелых металлов, мг/кг сухого вещества, не более:

свинец

30

30

30

марганец

1000

1000

1000

медь

40

40

40

кобальт

15

15

15

никель

50

50

50

цинк

80

80

80

Содержание пестицидов (остаточное количество), мг/кг


Ниже или на уровне ПДК почвы

Титр кишечной палочки

0,1

0,1

0,1

Патогенные микроорганизмы

Отсутствуют

Яйца и личинки гельминтов

Отсутствуют

определяют фазовые состояния помета (жидкое, вязкое, сыпучее). Содержание химических элементов характеризует качество помета как сырья для получения концентрированных органических удобрений или кормовых добавок.

Количественный и качественный состав микрофлоры помета весьма специфичен и зависит от вида птицы. В пометной массе в зависимости от условий ее хранения число микроорганизмов исчисляется миллиардами клеток в 1 г и представлены они разнообразными группами: грибами, актиномицетами, дрожжами, бактериями и др. Кроме того, присутствуют бактериофаги, черви, личинки насекомых.

При хранении в помете происходят сложные биохимические процессы: органическое вещество помета разрушается, особенно при рыхлом (аэробном) хранении, накапливаются органические кислоты (при плотной укладке), газообразные продукты (диоксид углерода, аммиак, метан, водород, молекулярный азот, сероводород и т. д.) и другие химические соединения. В этих процессах основную роль играет комплекс микроорганизмов, способных трансформировать органические и минеральные отходы птиц.

Микроорганизмы в известных пределах могут адаптироваться к разным концентрациям органического вещества, температурам, рН и редокс-потенциалам. Экстремальные температуры, высокие концентрации ионов металлов или токсичных химикатов могут снизить или прекратить деятельность микроорганизмов. Однако микроорганизм — сложно организованная биологическая система. Состав бактерий непостоянен и колеблется в зависимости от конкретно используемого ими субстрата.

В фазе роста возможно депонирование питательных веществ, в результате чего химический состав бактериальной протоплазмы изменяется. Микроорганизмы с наибольшей скоростью роста, способные использовать большую часть имеющегося органического вещества будут преобладающими.

Состав микроорганизмов в птичьем помете регулируется, при необходимости управляется, особенно при его переработке. Преобладание тех или иных форм микроорганизмов в биологических системах может иногда служить показателем эффективности процесса биоконверсии помета или сточных вод и условий среды в системах. Большое межвидовое разнообразие в помете бактерий или интродукция в него специальных штаммов позволяет технологам перерабатывать помет с получением новой продукции заданного физико-химического состава и биохимических характеристик.

Необходимо только всегда помнить о бактериальных загрязнениях помета и сточных вод патогенными микроорганизмами, вызывающими инфекционные заболевания: брюшной тиф, паратиф А и Б, дизентерию, инфекционный гепатит и др.



3.4. Утилизация навоза свинооткормочных комплексов

Как известно, отходы свиноводческих комплексов удаляются гидросмывом и представляют собой сточные воды, содержащие.1...2% взвешенных веществ. На одном комплексе в 100 тыс. голов ежегодно получается до 1 млн. м3 стоков или 4 тыс. т сухой биомассы. Влажный кал содержит 5...9% общих сухих веществ, в том числе 83% органических веществ. Основная масса твердой фракции представлена целлюлозой, а азот, фосфор и калий удаляются с жидкой фракцией. Влажность твердой фракции высока — 70%, углерода — 48...50%, азота — 0,9...1,1%, фосфора —2,5...3,8%.

Микробиологическая характеристика отходов свиноводческих комплексов весьма сложная. Особое внимание следует обратить на гельминтологическую характеристику: на свиноводческих комплексах циркулируют до 50 разновидностей гельминтов. Максимальное накопление макро- и микропаразитов и их разнообразие отмечается в осенний период. Присутствуют также патогенные бактерии, вирусы, грибы, простейшие и др. Поэтому обеззараживание отходов свиноводческих комплексов имеет очень важное значение.

Утилизация сточных вод свиноводческих комплексов до сих пор организована плохо, и прежде чем разрабатывать способы утилизации, необходимо подобрать методы обеззараживания и дезодорации. Существуют биотехнологические подходы, способствующие уничтожению нежелательной биоты (макро- и микрофлоры), но требуется дезодорация твердой фракции отходов путем дополнительной ферментации с термофильными целлюлозоразрушающими бактериями. Технология должна превращать стоки в те или иные полезные продукты (биокомпосты, органические удобрения, кормовые добавки и др.) с одновременным удалением поллютантов.

Активный ил очистных сооружений при аэробной переработке свиноводческих стоков представлен в основном бактериальной флорой. В биоценозе преобладают (до 70%) коринеподобные бактерии (Phodococcus, Arthrobacter, Mycobacterium и др.), т. е. микроорганизмы, способные осуществлять биологические трансформации широкого круга веществ, в том числе трудноокисляемые органические субстраты.

Отходы свиноводства, которые хранятся в анаэробных условиях, по прошествии длительного времени сохраняют весьма неприятный запах, особенно при удалении из свинарника или запахивании в почву. Это связано с химическим составом свиного навоза (табл. 12).



(Табл.12.) Химический состав не разбавленного водой

бесподстилочного навоза свиней

Химический состав

Экскременты, % (комплекс на 108 тыс. голов)

Сухое вещество

9,8

Азот общий

0,72

Фосфор (Р2О5)

0,47

Калий (К2О)

0,21

Отношение Р:К при N=1

0,7:0,3

В бесподстилочном навозе от 50 до 70% азота находится в растворенной форме, органическое вещество составляет 70 ... 80% сухой массы. Органическое вещество кала представлено в основном структурными веществами с высоким содержанием углерода — целлюлозы, лигнина, пентозанов (табл. 13). Состав навоза существенно меняется в процессе хранения и зависит от системы их удаления

(Табл.13.) Состав органического вещества экскрементов свиней %)

Компоненты органического вещества

Содержание компонентов, %

Зола

13,6

Общее органическое вещество

86,4

в том числе:

целлюлоза

18,4

лигнин

15,2

пентозаны

20,7

Растворимые углеводы

0,38

Гемицеллюлоза

27,0

и способов хранения. Свиной навоз помимо целлюлозных компонентов содержит в большом количестве пентозаны, крахмал, большое количество азота, фосфора, калия и других минеральных элементов и микроэлементов.
3.5. Традиционное компостирование природного органического сырья

Компостирование — это экзотермический процесс биологического окисления органических субстратов смешанной популяцией микроорганизмов. В результате биодеградации исходных компонентов образуется стабильный гумифицированный конечный продукт — ценное органическое удобрение. В процессе компостирования органические вещества переходят в более стабильную форму, выделяется диоксид углерода, вода и повышается температура. Стабилизируется также отношение углерода к азоту C:N в значениях 25...30:1. Компостирование общепринято считать наиболее экологичной и экономичной технологией получения органического удобрения.

Природное органическое вещество (сырье) — торф, сапропель, экскременты животных и человека, бытовые и промышленные отходы — для более полного и эффективного использования в земледелии требуют компостирования. Компостирование биологическим, биотермическим или химическим способами, а иногда и просто смешиванием отдельных видов и форм удобрений перспективно по многим причинам, так как позволяет:

— включить в промышленно-биологический круговорот дополнительные ресурсы органического сырья;

— увеличить выход органических удобрений;

— повысить агроэкономическую эффективность навоза;

— улучшить качество основного органического удобрения — навоза, получая наиболее стабильные органические соединения, продукты распада, биомассу микроорганизмов и продукты химического взаимодействия этих компонентов;

— предотвратить загрязнение окружающей среды (полей, водоемов, прилегающих к животноводческим объектам территорий) от возбудителей болезней животных, человека и растений.

Наиболее широкое распространение получили компосты на торфяной основе с использованием навоза, птичьего помета, а также твердых бытовых и промышленных отходов. Для мобилизации азота торфа необходимо приготовление биологических компостов с добавлением не менее 10% навоза, птичьего помета или фекальных масс.



Виды компостов: торфонавозный, торфожижевой, торфофекальный, торфопометный и сборные. Основной принцип процесса компостирования — взаимодействие между органическими отходами, микроорганизмами, влагой и кислородом. Микробиологическая активность возрастает, когда содержание влаги и концентрация кислорода достигают необходимого уровня. Потребляя органические отходы как источник питания, микроорганизмы активно размножаются, выделяя определенные метаболиты и энергию. Часть энергии, образующейся при биологическом окислении углерода, расходуется в метаболических процессах, остальная выделяется в виде тепла.

Компостирование осуществляют сообщества микроорганизмов различных групп: микрофлора — бактерии, актиномицеты, грибы, дрожжи (наибольшее значение имеют термофилы), водоросли, вирусы (живут на организмах-хозяевах: бактериях или актиномицетах); микрофауна — простейшие; макрофлора — высшие грибы (растут на кучах компоста, образуя плодовые тела); макрофауна — двупароногие, многоножки (растительноядные, хищники), клещи, ногохвостики (среди них есть хищные и растительноядные), черви (дождевой червь Eisenia foetida — весьма важен для переработки и компостирования навоза), а также муравьи, термиты, пауки, жуки.

В процессе компостирования принимают участие множество видов бактерий, (более 2000) и не менее 50 видов грибов. Эти виды можно подразделить на группы по температурным интервалам: психрофилы — температура развития ниже 20°С, мезофилы — от 20 до 40°С. Количество бактерий в компосте может доходить до 108...109 клеток на грамм влажного компоста, численность актиномицетов — 105...107. Компосты также богаты термофильными и термотолерантными микроорганизмами (бактерии, бациллы, актиномицеты).

Содержание микроорганизмов в компостах зависит от химического состава исходных компонентов, их физического состояния и свойства навоза. Лучший навоз, как известно, получается при кормлении животных грубыми кормами, травой на пастбище, сеном, отрубями, соломой от бобовых культур и др.



Правильное компостирование растительных остатков и навоза предусматривает ферментацию исходных компонентов в кучах, буртах, траншеях и т.д. Компост может быть с почвой и без нее — это смесь разного вида органических отходов, способных перегнивать, трансформироваться и превращаться в доступные растениям элементы питания. Иногда для ускорения процесса ферментации добавляют «закваску» из готового компоста, обильно насыщенного макро- и микроорганизмами.

Традиционно использующаяся технология получения компостов неинтенсивная; она занимает много времени и дает продукт невысокого качества. Такое компостирование — естественный биологический процесс, требующий обязательных условий аэрации и влажности, определенного содержания в компостируемой массе азота и углерода и сохранения в ней определенного температурного режима. При 60°С компостирование протекает эффективнее.

В промышленных масштабах закладываются бурты длиной до нескольких десятков метров, шириной в несколько метров, высотой в 1,5...2м. Если происходит закладка отходов в контейнер и траншею, то высота может быть от 1 до 1,2 м. За температурой необходимо следить и регулировать. За сутки температура в куче поднимается до 50° и выше. Компостируемый материал разогревается быстро — это зависит от его состава, консистенции и погодных условий.

Для хорошей аэрации компостной кучи снизу укладывают аэраторы: ветки, толстые стебли подсолнечника или кукурузы и др. Оптимальная влажность поддерживается в пределах 60...70%.

Таким образом, традиционные способы переработки навоза и помета — использование их в качестве только удобрения — нерациональны: теряется много энергии, потребляемой в животноводстве. Кроме того, внесение высоких (более 50 т/га) доз навоза снижает физические свойства почвы и ее плодородие и, самое главное, ухудшает условия окружающей среды в целом. Поэтому необходимо применение биотехнологий для ускоренного компостирования и утилизации отходов животноводства, сохранения питательных веществ в них и биологической активности.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал