Сидоренко О. Д. Биологические т ехнологии утилизации отходов животноводства



страница5/8
Дата23.04.2016
Размер1.14 Mb.
ТипКнига
1   2   3   4   5   6   7   8

3.6. Вермикомпостирование

Утилизация отходов животноводства осуществляется с помощью червей. Перерабатывают сточные воды, ил сточных вод, пищевые отходы и получают органические удобрения, или биогумус.

При утилизации жидкого навоза добавляют солому, древесные опилки, кору и другие твердые растительные отходы. Черви «перерабатывают» углеродсодержащие продукты, превращая их в высокоценное удобрение. Предварительно отходы подвергают механической сепарации и из твердой фракции формируют невысокие бурты; навоз же используют только после брожения, в процессе которого выделяется аммиак и метан. После такой подготовки субстрат заселяют червями. Органические отходы, проходя через кишечник червя, подвергаются биохимическим изменениям, обогащаются макро- и микроэлементами, микрофлорой и ферментами.

Вермикомпостирование — переработка различных органических субстратов красными дождевыми червями (Еисения фоэтида, Ломбрикус рубеллус, Красный гибридный). Отходы животноводства предварительно ферментируют, а для ускорения процессов ферментации и освобождения от аммиака бурты с исходным субстратом обильно поливают водой и периодически аэрируют. По истечении 1...1,5 мес. на поверхность бурта вносится маточная культура червей из расчета 10....12 тыс. на 1 м2 поверхности. Из всех видов дождевых червей, существующих в мире, лишь немногие поддаются разведению в искусственных условиях. Наиболее универсальными по своим характеристикам, экономически выгодными являются навозные черви. Они нетребовательны к пище, практически всеядны.

Красный дождевой червь имеет длину 6...100 мм, цвет темно-красный, еженедельно дает 1...2 кокона, из которых приблизительно через 3 недели выводится от 2 до 20 червячков (из них в живых остается примерно 4). В оптимальных условиях при выращивании на отходах червь может еженедельно откладывать по 3 ... 4 кокона. Через 3 мес. появляются из кокона червячки, становятся половозрелыми и могут сами производить потомство. В среднем один червь дает потомство 200 ... 400 особей в год.

Наиболее активен калифорнийский червь, он обладает большой плодовитостью. Половой зрелости они достигают в возрасте 3-х мес. При оптимальных условиях они дают потомство около1500 особей в год. В каждом коконе насчитывается 2 ... 20 яиц. Продолжительность жизни червя 16 лет.

Черви чрезвычайно чувствительны к аммиаку, который выделяется в разлагающихся отходах. Поэтому для использования в качестве источника питания пригодны только частично разложившиеся отходы. Допустимый уровень содержания в них аммиака 0,5 мг/кг субстрата. При более высоком содержании аммиака черви погибают, вот почему не применяют в качестве питательного субстрата свежий навоз или навоз с мочой животных. В кишечнике червей происходит массовое размножение некоторых групп микроорганизмов, состав которых зависит от состава субстрата.

Вследствие этого в копролитах червей стимулируется развитие грибов и бактерий. В вермикомпосте по сравнению с исходным органическим субстратом увеличивается численность агрономически полезных микроорганизмов: аммонифицирующих, нитрифицирующих и целлюлозоразрушающих.

Субстрат для содержания червей может быть самый разнообразный. Можно использовать различные органические отходы сельского хозяйства и промышленности. Основой любого рациона червей должен быть навоз, к которому добавляются в той или иной пропорции другие органические компоненты. Однако каждый компонент корма необходимо подвергать дроблению, помолу, размачиванию и в конечном итоге процессам гниения и ферментации.

Конский навоз содержит значительное количество целлюлозы и потому удобен для стратификации и питания червей. Продолжительность процесса ферментации его 5...6 мес. Навоз крупного рогатого скота отличается высокой щелочностью и в смеси с 20...25% дробленой соломы после 6...8 мес. ферментации представляет ценный субстрат для стратификации и питания червей. Навоз бычков по физико-химическим и питательным характеристикам аналогичен навозу коров. Однако при откорме бычков часто используют белковую пищу, а при содержании в навозе 40% протеина черви погибают. Навоз овец также используют как субстрат для содержания червей, несмотря на то, что он имеет высокую щелочность.

Свиной навоз широко используют для вермикультивирования, но он имеет высокий уровень кислотности и содержит большое количество протеина. Поэтому к нему добавляют 30...40% соломы или картона, увеличивая продолжительность ферментации до 9...10 мес., и постоянно контролируют рН.

Куриный помет относится к высококислотным субстратам, поэтому к нему необходимо добавлять солому или картон в отношении 1:1, ферментацию осуществляют 15...16 мес. Закладывать в ложе не рекомендуется навоз, не прошедший до конца процесс ферментации, а также — смешанный с мочой животных и хранившийся в навозохранилище более 2 лет после ферментации. Кроме того в буртах необходимо поддерживать влажность 75...80 % и следить за колебаниями температуры. Стабильная температура (температура окружающей среды) является показателем окончания ферментации и пригодности субстрата для кормления червей.

Во избежание излишнего перегревания компостируемой массы и выделения токсичных газов навоз рекомендуется укладывать слоями и с интервалом в две недели Плотность заселения червями - 40...50 экземпляров и при оптимальной влажности. В целях поддержания благоприятной для жизнедеятельности червей температуры (20...25ºС) компост укрывают соломой; а в некоторых случаях – пленкой.

При проектировании вермикомпостного хозяйства рассчитывается количество лож, на которых черви будут размножаться; необходимый объем пищи для червей, наличие источников водоснабжения. Вода для увлажнения субстрата должна отвечать определенным требованиям. Участки для буртования и ферментации субстрата должны находиться на территории хозяйства или вблизи него. Желательно также предусмотреть пути транспортировки субстрата к ложам (рис.1).

Ложа лучше всего устанавливать на участках с определенным уклоном для обеспечения хорошего стока воды во время дождей и исключения образования луж. Подстилающая почва должна быть песчаной или каменистой, не должно быть следов крота. Следует выбирать места, защищенные от ветра.

Ложа изготовляются из металлической оцинкованной сетки с очками-ячейками 15x15 мм (рис.2)

Площадь ложа 2x2 (2x1) , высота 15...30см. В таком ложе могут находиться 50...100 тыс. особей различного возраста и коконы с яйцами. Ложа размещаются секциями длиной до 50 м с расстоянием между ними 0,4...0,8 м .Две Секции образуют сектор. Расстояние между секторами 2,5...3м. Не исключается применение оригинальных конструкций, разработанных для конкретных условии.




Рис. 1. Схема участка для вермикомпостирования


Рис. 2. Схема каркаса сетки для ложа
В закрытых помещениях червей можно культивировать на бетонном полу (с устройством лож) и на стеллажах деревянных, металлических или пластиковых ящиках, располагая их этажами. В закрытых помещениях 1...2м площади дает в два раза больше товарной биомассы, чем на открытом воздухе. Значительно выше также выход органического удобрения.
3.7. Выращивание личинок синантропных мух

(опарышей)

Переработка отходов с использованием личинок некоторых видов синантропных мух позволяет предотвратить загрязнение среды и трансформировать навоз, птичий помет в полезные для человека продукты в 20 раз быстрее, чем это происходит в природе. Мухи высокоплодовиты, обладают быстрым темпом роста, развиваются в органических отходах влажностью от 20 до 95% и при рН от 4,5 до 9,0. В нашей стране создана специальная популяция мух для утилизации органических отходов человека и животных. С каждой тонны отходов можно получать не менее 500 кг биоперегноя и до 200 кг биомассы личинок.

В результате жизнедеятельности личинок значительно снижается бактериальная обсемененность утилизируемых отходов. В процессе питания личинок мух исходный субстрат превращается в сыпучую дезодорированную массу — «биоперегной». Это эффективное удобрение с высоким содержанием гумифицированного органического вещества, сбалансированного по содержанию азота, фосфора и калия. Внесение его в почву увеличивает урожай сельскохозяйственных культур в открытом и защищенном грунте, повышает иммунитет растений, ускоряет их рост и развитие, снижает инфекционный фон почвы и почвогрунтов. Используется также как основной компонент в компосте для выращивания шампиньонов.

За 5 дней из 1 т органических отходов животноводства, имеющих рН от 4,5 до 9,0 и влажность от 20 до 90%, получают до 50% «биоперегноя» и до 20% биомассы насекомых. Биомасса личинок используется как кормовая добавка в виде пасты, муки или гранулята взамен мясокостной и рыбной муки. Содержит до 60% белка с полным набором аминокислот, в том числе и незаменимых аминокислот, до 30% легкоусваиваемого жира, до 20% углеводов, биологически активных соединений, витаминов группы В, стимуляторов роста. Включение биомассы личинок в рацион цыплят в количестве 11,5% позволяет заменить до 40% пищевых продуктов (пшена, яиц). Биомасса используется также при откорме свиней, пушных зверей.

Помимо перечисленных продуктов, технология переработки навоза и птичьего помета личинками мух позволяет получать хитозан — биополимер из хитиновых оболочек личинок мух. Он может быть использован как сырье для фармацевтической промышленности, так как обладает способностью выведения радионуклидов из организма человека и животных, из воды и почвы. В медицине может использоваться как средство лечения некоторых видов лейкемии, как материал для саморассасывающихся нитей хирургических швов, контактных линз, а также медицинских препаратов заживления ран, в том числе язвы желудка. Хитозан применяется при изготовлении особо ценных сортов бумаги на Гознаке и в картографии.

Технология утилизации отходов животноводства с помощью личинок синантропных мух была известна более полувека назад (с 1937г.). Технология утилизации нативного бесподстилочного навоза свиней с помощью комнатной мухи разработана под руководством академика Л. К. Эрнста. Однако, несмотря на ее высокую эффективность и ценность, широкого применения она не нашла ни в России, ни за рубежом.

На рис. 3 представлена схема конструкции модуля по переработке отходов с помощью личинок мух. Конструкция довольно проста, состоит из транспортной системы для перемешивания поддонов с навозом или пометом, совмещенной с системой термостатирования. Лотки располагаются в несколько этажей с максимальным использованием объема помещения; перемещение поддонов в лотке обеспечивает рациональное использование тепла для подогрева навоза или помета на первых этапах переработки. Установка снабжается блоком экологического контроля, что гарантирует экологичность производства.



Рис. 3. Комплексная установка биоконверсии отходов животноводства личинками синантропных мух.
Строительная площадка цехов для утилизации по данной технологии, даже на экспериментальных установках, не будет превышать 10...15% от площади животноводческой фермы.

Кроме вышеперечисленных биотрансформаций отходов существуют технологии переработки органических отходов животноводческих комплексов беспозвоночными животными, простейшими и другими организмами.



Простейшие — это одноклеточные организмы, способные усваивать растворимые и нерастворимые питательные вещества в системах аэробной обработки сточных вод. Среди них встречаются жгутиковые, реснитчатые и стебельковые реснитчатые.

Сооружения с активным илом, свободные от простейших, дают крайне мутный сток. Эта мутность создается присутствием большого числа диспергированных бактерий. В результате БПК и содержание неосажденных твердых веществ в стоке очень высоки. При добавлении в эти установки реснитчатых простейших повышается качество стока и снижается численность бактерий.



Простейшие (жгутиконосцы и инфузории) являются активными участниками процесса разложения органических соединений сточных вод. Жгутиконосцы, подобно бактериям, всасывают и перерабатывают органические соединения. Кроме того, они питаются бактериями, заглатывая их через ротовое отверстие. Инфузории — активные фильтра-торы, также поглощающие бактерии. Этим они разреживают плотность бактериальной массы, стимулируют непрерывный процесс размножения бактерий и, омолаживая бактериальную флору активного ила очистных сооружений свинооткормочных комплексов, активизируют ее деятельность.

Дальнейшая дезодорация и обезвреживание твердого отхода путем ферментации с применением термофильных микроорганизмов при температуре 60...80°С в течение 3...4 сут позволяет получать высокоактивное органическое удобрение. Утилизация твердой фракции отходов свиноводческих комплексов может иметь следующие решения:

— грунт для выращивания овощей в теплицах;

— компосты или биоорганические удобрения;

— субстрат для получения микробного кормового белка;

— субстрат для выращивания пищевых грибов Pleurotus florida (биомасса плодовых тел вешенки или белковая добавка для скота).



4. Микробиологические способы утилизации

отходов

4.1. Переработка твердых и жидких отходов микроорганизмами

Особую опасность представляют отходы промышленного производства. Навозные стоки при соответствующей переработке не потеряли свою значимость как ценное органическое удобрение. К тому же, микробная биотехнология способна вовлечь в производство кормовых препаратов и добавок огромные массы жидких и плотных отходов АПК растительного и животного происхождения, которые в настоящее время не используются. Самыми перспективными являются быстрорастущие микроорганизмы, способные усваивать негидролизованные сельскохозяйственные отходы в относительно стерильных или полностью нестабильных условиях, в глубинных и поверхностных структурах.

Ведущая роль в процессе переработки органических отходов принадлежит микроорганизмам. В зависимости от вида и качества отходов в них присутствуют определенные доминирующие группы бактерий, которые и определяют выбор технологии утилизации. Одним из возможных способов утилизации жидких навозных стоков является их биологическая переработка, включающая получение технических и кормовых микробных препаратов. Это позволяет быстро и эффективно перерабатывать значительные количества отходов. Биологическая утилизация может осуществляться по следующим направлениям:

— культивирование микроорганизмов на предварительно обработанном навозе (обработка кислотами, щелочами, термообработка и т. д.);

— культивирование на жидкой фракции навоза после разделения в отстойниках, цистернах и т. д.;

— выращивание мицелиальных грибов на плотной фракции навоза;

— культивирование микроорганизмов на сточных водах без предварительной обработки.

Для ферментации навоза используют, как правило, мицелиальные грибы родов Aspergillces, Mucor, Trichoderma, Rhizopus, Geotrichum, Micromyces. На жидких фракциях выращивают бактерии термофильные (Lactobacillus, Strepto-bacterium) и мезофильные (Streptococcus, Azotobacterium, Pseudomonas). Ферментацию проводят при 30...38°С в течение 7...14 сут. Подобные способы получения кормовых препаратов из навоза разработаны в Японии, Великобритании, США и других странах. На сточных водах животноводческих комплексов выращивают также дрожжи (родов Pichia, Hansenula, Saccharomyces, Candida) для получения кормового белка.

Например, из 20 т свиного навоза влажностью 80% можно получить 1 т кормовых дрожжей и значительное количество удобрений.

Применяют твердофазное культивирование грибов на твердом навозе, с добавлением к свежим свиным фекалиям отрубей пшеницы, риса и др. Известен способ получения кормового белка на целлюлозном субстрате с добавлением навоза в качестве источника минеральных элементов. Питательная ценность этого препарата сравнима со стандартами ФАО. Однако твердофазное культивирование непригодно для навозных стоков.

Целлюлозная, и в особенности целлюлозно-лигниновая, активность микроскопических грибов обеспечивает возможность их использования для прямой биоконверсии лигноцеллюлозных отходов агропромышленного комплекса. Грибы могут культивироваться и на жидких средах, содержащих лигко-целлюлозный компонент. Твердофазная ферментация отходов с использованием грибов широко распространена в Европе и США. Грибы выращивают на гидролизованном твердом осадке навоза, смешанном с резанной соломой, любой твердой целлюлозосодержащей среде с добавлением навоза или минеральных удобрений, а быстрорастущие штаммы фузариев -на разных целлюлозо-лигнинсодержащих отходах.

При прямой биоконверсии плотных отходов АПК большее преимущество отдается термофильным миксомицетам. Они отличаются множественностью форм ферментов по сравнению с мезофиллами, что делает их более адаптивными к внешним термическим условиям. Наиболее перспективными продуцентами биомассы и белка могут оказаться термофильные миксомицеты, обладающие к тому же способностью расти в необычных условиях кислотности среды, например, в сильно щелочной среде. При этом создаются избирательные условия для роста грибка, ингибируются бактерии и другая микрофлора, позволяющая рост грибных культур.

Биотрансформация растительного сырья дрожжеподобными грибами, имеющими короткую лаг-фазу, обладающими комплексом гидролитических ферментов и более стабильным ростом в условиях микробных сообществ, перспективна в относительно стерильных или даже нестерильных условиях (Минеладзе, 1987). Известна возможность выращивания дрожжей рода Candida и на негидролизованном навозе. В результате процесса ферментации образуется продукт, который можно использовать в качестве добавки к корму. Повышенная эффективность в биосинтезе белка отличается у ассоциаций дрожжей с мицелиальными грибами и бактериями, в которых, как правило, грибы и бактерии играют главную роль в подготовке субстрата, а дрожжи являются основными продуктами микробной биомассы. Сократить себестоимость производства белковых препаратов из отходов можно исключив дорогостоящий кислотный гидролиз.

Для глубинного культивирования бактерий основой питательной среды служат фекалии животных. Они проходят предварительную обработку (разбавление, дезодорацию, тепловое воздействие). Далее к навозу добавляют органические питательные вещества (глюкозу, мелассу, метанол), соли и витамины и получают среды, на которых выращивают термофильные и мезофильные бактерии в течение 7...14 сут.

На отходах свиноферм выращивают дрожжи, которые способны снижать органические загрязнения в среднем по БПК на 90%. Рекомендуется также культивировать бактерии и микроводоросли, способные к быстрой минерализации субстрата. Для обработки сточных вод, содержащих свиной навоз, предлагается использовать фототрофные бактерии рода Rhodopseudomonas capsulata, пропионово-кислые бактерии и др. При этом существенно сокращается углерод в субстрате, уменьшается неприятный запах и снижаются серосодержащие вещества.

Практически все группы микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты, дрожжи) могут быть использованы е большей или меньшей эффективностью в биотрансформации так называемого вторичного сельскохозяйственного сырья. Установлена высокая эффективность использования целлюлозолитических бактерий (Cellulomonas) при введении в состав растительных силосов совместно с соломой. Перспективна биотрансформация коричневого сока зеленых растений молочнокислыми бактериями (Lactobacillus) с целью стабилизации белковых веществ сока, обогащения его органическими кислотами и пробиотическими свойствами (Рамишеце и др., 1987). Ацидофильные бактерии выращиваются на навозной жиже с добавлением некоторых легкоусваиваемых источников углерода (меласса, метанол, глюкоза). Получаемая при этом биомасса содержит до 71,1% сырого белка. Культивирование пропионовокислых бактерий на разбавленном свином навозе позволяет получить белковый препарат с содержанием сырого протеина 29,6-36,5%. При добавлении к разбавленному свиному навозу молочной сыворотки после ферментации пропионовокислых бактерий при температуре 20-30 С в течение 42-48 часов можно получить препарат, обогащенный белком и содержащий в тоже время значительное количество витамина В12.

Следует отметить, что наиболее интенсивно процесс протеинизации вторичного сельскохозяйственного сырья идет при активном перемешивании, аэрации, повышенной температуре и использовании термофильных бактерий в качестве продуктов и обогатителей конечного продукта. Однако такая интенсификация процесса биотрансформации сырья сопровождается активной аэрацией, перемешиванием, которые неизбежно требуют значительных затрат на его реализацию.

Существует еще один способ утилизации сельскохозяйственных отходов путем выращивания бактерий в анаэробных условиях с получением биогаза и плотного остатка как ценного органического удобрения.

Обработка разжиженных отходов (1-4% сухого остатка) анаэробной ферментацией с производством биогаза становится реальной только при сгущении жидких экскрементов седиментацией. Высокая степень сгущения исходного навоза позволяет повысить энергетический коэффициент анаэробной переработки.

Микробиологические трансформации предпочтительнее химических или физических процессов в силу осуществления одновременно совокупности реакций в естественных условиях. Кроме того, микроорганизмы способны модифицировать субстрат и использовать неосвоенные элементы среды. В результате широкого спектра субстратной специфичности их ферментов микроорганизмы имеют преимущества перед макроорганизмами и техническими способами переработки органических субстратов. Нельзя забывать также, что микробиологическая трансформация перерабатываемых субстратов решает важнейшую задачу преобразования энергии микроорганизмов и «отходов» в необходимые человеку продукты.


4.2. Особенности выращивания дрожжей на отходах

Животноводства
Биоконверсия комплексных отходов сельского хозяйства представляет реальную возможность получения значительных количеств белковых продуктов кормового назначения. Дрожжи являются наиболее перспективными в такой биоконверсии. Они растут значительно интенсивнее на средах, содержащих плотные включения. На отходах свиноферм выращивают дрожжи способные снижать органические загрязнения в среднем по БПК на 90%. Жидкие навозные стоки свинокомплексов содержат 0,5-2,0% сухих веществ, возможно - 4,0-4,5% и около 1% растворенных и 3,0-3,5% взвешенных веществ. Для плотности добавляют отходы других производств, что повышает удельную скорость роста дрожжей и увеличивает их продуктивность. Получение дрожжевой биомассы на жидких сельскохозяйственных отходах сопровождается изъятием из этих субстратов основной массы органических веществ, способных загрязнять окружающую среду, и является эффективным этапом подготовки таких трудноперерабатываемых отходов как жидкий навоз, к переработке в сооружениях биологической очистки.

В ходе переработки низких отходов путем глубокого культивирования дрожжей происходит значительное снижение числа сбрасываемых в окружающую среду живых микроорганизмов, среди которых возможно присутствие и условно-патогенных микроорганизмов, играющих значительную роль в инфекционной патологии животных и человека.

Возможно выращивание дрожжей и без соблюдения условий строгой асептики. На навозных стоках лучше всего растить дрожжи рода Candida sp. Собственная бактериальная флора навозных стоков не подавляет роста дрожжей.
В дрожжевых культурах на нестерильных стоках отмечается более высокий выход сырого протеина в получаемых дрожжевых препаратах (Борисенко, 1990; международный патент № 475824, Австрия ,1976). При этом отмечается возможность формирования метаболитов микроорганизмов навоза, которые могут, в свою очередь оказывать благоприятное воздействие на рост дрожжей. Не исключена возможность изменения химического состава навозных стоков в процессе их стерилизации. Выращивание дрожжей на нестерильных стоках почти полностью снимает специфический запах навозных стоков, в то время как при стерильном культивировании этот запах сохраняется.

Максимальный синтез белка дрожжами рода Candida отмечается на жидких навозных стоках при подборе оптимальных условий их питания. Условия программы оптимизации, синтеза дрожжевого белка и результаты ее реализации представлены в таблице 15.



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