Полная версия

Главная arrow Агропромышленность arrow Биоконверсия вторичных продуктов агропромышленного комплекса

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Изменение свойств навоза

Традиционная переработка навоза

Компостирование -это экзотермический процесс биологического окисления органических субстратов смешанной популяцией микроорганизмов. В результате биодеградации исходных компонентов образуется гумифицированный конечный продукт - ценное органическое удобрение. В процессе компостирования органические вещества переходят в более стабильную форму, выделяются диоксид углерода, вода и повышается температура. Стабилизируется также отношение углерода к азоту С: N в значениях 25-30:1. Впрочем, для скорости разложения навоза решающим является не столько отношение углерода к азоту, сколько мобильные количества этих элементов. Это основная качественная характеристика навоза.

Компостирование считается наиболее экологичной и экономичной технологией получения органического удобрения. Для компостов используют природное органическое вещество (сырье) - торф, сапропель, экскременты животных и человека, а также бытовые и промышленные вторичные продукты. Компостирование биологическим, био- термическим или химическим способами перспективно по многим причинам. Оно позволяет:

  • - включить в промышленно-биологический круговорот дополнительные ресурсы органического сырья;
  • - увеличить выход органических удобрений;
  • - повысить агроэкономическую эффективность навоза;
  • - улучшить качество основного органического удобрения - навоза, обогатить его наиболее стабильными органическими соединениями, продуктами распада, биомассой микроорганизмов и продуктами химического взаимодействия этих компонентов;
  • - предотвратить загрязнение окружающей среды (полей, водоемов, прилегающих к животноводческим объектам территорий) возбудителями 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.

Производят компосты следующих видов: торфонавозный, торфо- жижевой, торфофекальный, торфопометный и сборные. Основной принцип процесса компостирования - взаимодействие между органическими соединениями, микроорганизмами, влагой и кислородом. Микробиологическая активность возрастает, когда содержание влаги и концентрация кислорода достигают необходимого соотношения или уровня. Потребляя органические вещества 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.

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

Множество видов бактерий (более 2000) и не менее 50 видов грибов можно подразделить на группы по температурным интервалам: психрофилы - температура развития ниже 20°С и мезофилы - от 20 до 40°С. Компосты также богаты термофильными и термотолерантными микроорганизмами (бактериями, бациллами, актиномицетами), температурный интервал которых гораздо выше.

Количество бактерий во влажном компосте может доходить до 108-109-10‘9 КОЕ/г, численность актиномицетов - до 105-107-10^ Смешанная микрофлора начального периода компостирования постепенно селектируется и к завершению процесса (на определенный день) остаются наиболее активные и устойчивые микроорганизмы, обладающие защитной реакцией.

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

Правильное компостирование растительных остатков и навоза предусматривает ферментацию исходных компонентов в кучах, буртах (штабелях), траншеях. На крупных животноводческих комплексах и в экономически крепких хозяйствах постоянно действуют цехи компостирования или компостные площадки.

Возможны также варианты сезонного биокомпостирования навоза и помета на открытом воздухе на бетонированных площадках, что существенно менее затратно (рис. 41).

Схема сезонного производства компоста на открытых площадках

Рис. 41. Схема сезонного производства компоста на открытых площадках

Площадочная технология носит сезонный характер и рассчитана на период с положительными температурами воздуха. Она строится на технических средствах, имеющихся в большинстве хозяйств, и включает следующие операции: подготовка соломы (измельчение); погрузка навоза (помета), влагопоглощающих материалов, минеральных удобрений в транспортные средства; транспортировка компонентов к смесительной площадке; приготовление смеси; укладка смеси на площадке биоферментации в бурты; выгрузка и складирование готовой продукции с площадки биоферментации; контроль хода биопроцесса.

Площадочная технология менее затратна, так как исключает капитальные строительные затраты (здание, ферментеры, стационарные технические установки и т. п.) и, следовательно, позволяет получать продукцию с более низкой себестоимостью.

Компост может быть с почвой и без нее - включать смесь разного вида органических продуктов, 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.

Такое компостирование - естественный биологический процесс, требующий обязательных условий аэрации и влажности, определенного содержания в компостируемой массе азота и углерода и сохранения в ней оптимального температурного режима. При 60°С компостирование протекает эффективнее.

Разложение органических вторичных продуктов в процессе компостирования представляет собой динамичный и сложный процесс изменения температуры и питательных веществ. Заметно меняется численность и видовой состав микроорганизмов, скорость и качество получения конечного продукта, особенно при использовании непрерывного процесса компостирования с аэробным принудительным окислением органических соединений.

Метод механизированного биотермического компостирования начали применять на практике, когда была доказана возможность обезвреживания вторичных продуктов за 20-30 сут. Биотермический процесс обеззараживания происходит благодаря активному росту термофильных микроорганизмов в аэробных условиях. Под действием развивающейся микрофлоры сложные органические вещества разлагаются.

В промышленных масштабах закладываются бурты (штабели) длиной до нескольких десятков метров, шириной в несколько метров, высотой в 1,5-2 м. Если навоз закладывают в контейнер и траншею, то высота может быть от 1 до 1,2 м. Температуру необходимо регулировать. За сутки она в буртах поднимается до 50°С и выше. Компостируемый материал разогревается в зависимости от его состава, консистенции и погодных условий.

Выделяющееся под влиянием жизнедеятельности термофильных микроорганизмов тепло приводит к саморазогрсву массы штабеля. Наружные слои компостируемого материала разогреваются меньше и служат теплоизоляцией для внутренних саморазогреваюшихся слоев. Поэтому для надежного обеззараживания всей массы материала в штабеле её перелопачивают. Этот прием способствует также лучшей аэрации компостируемого материала.

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

Вторичное сырье сельского хозяйства - солому - компостируют и готовят из нее искусственный навоз с добавлением навозной жижи или стоков животноводства. При этом в навозе уменьшается содержание клетчатки и гемицеллюлоз и увеличивается количество лигнина и белков. Во время хранения подстилок различные составные части их используются микроорганизмами в обмене веществ, что приводит одновременно к минерализации и синтезу органических соединений типа гумуса.

К сожалению, традиционные способы переработки навоза и помета перестают удовлетворять современным требованиям. Основанные на них технологии слишком энергоёмки, что особенно нетерпимо при возросшей стоимости энергоносителей. К тому же для хранения навоза или помета приходится выводить из оборота немало сельскохозяйственных угодий. Термические обработки жидкой или твердой фракций высокими температурами приводят не только к потерям элементов питания растений, но и к образованию канцерогенов.

Будущее за энергосберегающими биотехнологиями ускоренного компостирования с использованием закрытых ёмкостей (ферментеров и пр.), позволяющих жестко контролировать конверсионный процесс и существенно расширять набор конечных продуктов.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>