Полная версия

Главная arrow Агропромышленность arrow Биоконверсия вторичных продуктов агропромышленного комплекса

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

БИОКОНВЕРСИЯ ВТОРИЧНЫХ ПРОДУКТОВ- ИСТОЧНИК ЭНЕРГОРЕСУРСОВ И ДРУГИХ ПОЛЕЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Сельское хозяйство (продукты вермикультуры, опарышей, простейших)

Отходы животноводства (навоз, сточные воды, ил сточных вод), пищевые отходы можно утилизировать при помощи червей. Черви осваивают углеродсодержащие продукты, превращая их в высокоценное удобрение - биогумус. Проходя через кишечник червя, органические компоненты подвергаются биохимическим изменениям, обогащаются макро- и микроэлементами, агрономически полезной микрофлорой и ферментами.

В результате многочисленных экспериментов обнаружены особенности в структуре микробных сообществ биогумуса и преобразовании органических веществ исходного субстрата. Прежде всего это касается соединений азота и микроорганизмов, участвующих в их круговороте. Выявлены также различия в активности процессов, осуществляемых дождевыми червями разных видов и групп. Биогумус почвенных червей в сравнении с биогумусом навозных отличается несколько более медленными темпами разложения в почве лигноцел- люлозного комплекса, но в то же время более глубокой его деструкцией. Для него также характерно большее выделение С02 и образование максимальной биомассы микроорганизмов (в расчете на углерод), особенно микромицетов, находящихся в виде вегетативного мицелия, и целлюлозоразрушающих грибов.

Вермикомпостирование - переработка органических субстратов червями Eisenia fetida Andrei (красный калифорнийский гибрид) и Lumbricus rabellus (технический вид навозных червей), относящимися, согласно систематике, к кольчатым червям, к группе высших червей.

Навоз животных предварительно ферментируют. К жидкому навозу добавляют солому, древесные опилки, кору и другие твердые растительные субстраты. Отходы подвергают механической сепарации и из твердой фракции формируют невысокие бурты, навоз же используют только после брожения, в процессе которого выделяются аммиак и метан. Для ускорения ферментации и освобождения от аммиака бурты с исходным субстратом обильно поливают водой и периодически аэрируют. По истечении 1-1,5 мес. на поверхность бурта вносят маточную культуру червей из расчета 10-12 тыс. на 1 м2 поверхности. Из всех видов дождевых червей лишь немногие поддаются разведению в искусственных условиях. Наиболее универсальными по своим характеристикам являются навозные черви. Они практически всеядны.

Помимо таких традиционно используемых в вермикультуре компонентов, как навоз животноводческих комплексов, в последнее время стали использовать отработанный ил очистных сооружений и вторичные продукты предприятий микробиологической промышленности: биошрот, последрожжевой остаток, гидролизный лигнин, некондиционные бакпрепараты и др. После культивирования красного калифорнийского гибрида на смеси, состоящей из 40% осадков сточных вод, 30% биошрота, 20% свиного навоза и 10% некондиционных бакпрепаратов, получают вермикомпост - высококачественное органическое удобрение, обогащенное элементами питания растений и полезной микрофлорой с титром 4,5-6,2109 клеток в 1 г абсолютно сухого вещества.

Красный дождевой червь имеет длину 6-100 мм, цвет темнокрасный, еженедельно дает 1-2 кокона, из которых приблизительно через 3 нед. выводится от 2 до 20 червячков (из них в живых остается примерно 4). В оптимальных условиях при выращивании на определенных субстратах червь может еженедельно откладывать по 3-4 кокона. Потомство одного червя составляет в среднем 200-400 особей в год.

Для питания червей, которые чрезвычайно чувствительны к аммиаку, пригодны только частично разложившийся навоз. Допустимый уровень содержания аммиака 0,5 мг/кг субстрата. При более высоком содержании аммиака черви погибают, поэтому свежий навоз или навоз с мочой животных для вермикультивирования не применяют.

В кишечнике червей происходит массовое размножение некоторых групп микроорганизмов, состав которых зависит от поедаемого субстрата, в частности, 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 самым разнообразным. Можно использовать различные органические вторичные продукты. 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 счете, процессам гниения и ферментации.

Конский навоз содержит значительное количество целлюлозы и потому удобен для стратификации и питания червей. Продолжительность процесса ферментации 5-6 мсс. 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 молодых бычков по физико-химическим и питательным характеристикам аналогичен навозу взрослых коров. Однако следует иметь в виду, что 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 pH.

Куриный помет относится к высококислотным субстратам, поэтому к нему необходимо добавлять солому или картон в отношении 1:1, ферментация длится 15-16 мес.

Не рекомендуется закладывать в ложе 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 перегрева компостируемой массы и выделения токсичных газов навоз рекомендуется укладывать слоями и с интервалом в две недели. Плотность заселения червями -40-50 экземпляров при оптимальной влажности. В целях поддержания благоприятной для жизнедеятельности червей температуры (20-25°С) 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 (рис. 44).

Схема участка для вермнкомпостирования

Рис. 44. Схема участка для вермнкомпостирования

Участки для буртования и ферментации субстрата должны находиться на территории хозяйства или вблизи него. Желательно также предусмотреть пути транспортировки субстрата к ложам.

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, на ней не должно быть следов крота. Следует выбирать места, защищенные от ветра.

Ложа изготовляются из металлической оцинкованной сетки с очками-ячейками 15х 15 мм (рис. 45). Площадь ложа 2Х2 (2х 1) м, высота 15-30 см. 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 2,5-3 м. Не исключается применение оригинальных конструкций, разработанных для конкретных условий.

Каркас сетки для ложа

Рис. 45. Каркас сетки для ложа

В закрытых помещениях червей можно культивировать на бетонном полу (с устройством лож), на деревянных стеллажах, в металлических или пластиковых ящиках, располагая их этажами. В закрытых помещениях 1-2 м2 площади дает в два раза больше товарной биомассы, чем на открытом воздухе. Значительно выше также выход органического удобрения.

Продукты личинок синантропных мух (опарышей). Переработка вторичных продуктов 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 субстратах влажностью от 20 до 95% и при pH от 4,5 до 9,0. В нашей стране создана специальная популяция мух для утилизации органических отходов человека и животных.

В результате жизнедеятельности личинок значительно снижается бактериальная обсемененность утилизируемых продуктов. 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 по- чвогрунтов. Используется также как основной компонент в компосте для выращивания шампиньонов.

С каждой тонны навоза за 5 дней можно получить не менее 500 кг биоперегноя и до 200 кг биомассы насекомых. Биомасса личинок используется как кормовая добавка в виде пасты, муки или гранулята взамен мясо-костной и рыбной муки. Содержит до 60% белка с полным набором аминокислот, в том числе и незаменимых, до 30% лег- коусваиваемого жира, до 20% углеводов, биологически активные соединения, витамины группы В, стимуляторы роста. Включение 11,5% биомассы личинок в рацион цыплят 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 хито- зап - биополимер из хитиновых оболочек личинок. 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 - как средство лечения некоторых видов лейкемии, как материал для саморассасы- вающихся нитей хирургических швов, контактных линз, а также для медицинских препаратов заживления ран, в том числе язвы желудка. Хитозан применяется при изготовлении особо ценных сортов бумаги на Гознаке и в картографии.

Технология утилизации навоза с помощью личинок синантроп- ных мух была известна более полувека назад (с 1937 г.). Технология утилизации нативного бесподстилочного навоза свиней при помощи 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 рисунке 46 представлена схема конструкции модуля по переработке вторичных продуктов с помощью личинок мух.

Конструкция довольно проста, состоит из транспортной системы для перемещения поддонов с навозом или пометом, совмещенной с системой тсрмостатирования. 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.

Строительная площадка цехов утилизации по данной технологии, даже на экспериментальных установках, не будет превышать 10-15% от площади животноводческой фермы.

Комплексная установка биоконверсии вторичных продуктов животноводства личинками синантропных мух

Рис. 46. Комплексная установка биоконверсии вторичных продуктов животноводства личинками синантропных мух

Продукты простейших организмов и водорослей. Существуют технологии переработки органических субстартов и навоза животноводческих комплексов беспозвоночными животными, простейшими, микро- и макроводорослями 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.

Очистные сооружения с активным илом дают крайне мутный сток. Эта мутность создается присутствием большого числа диспергированных частиц и бактерий. При добавлении в эти установки простейших реснитчатых качество стока повышается, снижается численность бактерий.

Простейшие жгутиконосцы и инфузории активно участвуют в процессе разложения органических соединений сточных вод. Жгутиконосцы, подобно бактериям, всасывают и перерабатывают органические соединения. Кроме того, они питаются и самими бактериями.

Инфузории - активные фильтраторы, также поглощающие бактерии. Этим они разрежают плотность бактериальной массы, стимулируют непрерывный процесс размножения бактерий и, омолаживая бактериальную флору активного ила очистных сооружений, активизируют ее деятельность.

Образование огромных масс малоконцентрированных жидких стоков в значительной степени стимулировало интерес к применению микроводорослей. Биомассу водорослей можно использовать не только в качестве компонента кормов, но и как исходное сырье для производства пищевых продуктов, витаминов и других ценных веществ.

Недостатком микроводорослей и большинства фотобактерий является их весьма низкая способность потреблять полимеры: целлюлозу, гемицеллюлозу, лигнин, которые составляют основную массу сухого остатка вторичных продуктов сельского хозяйства. В этом плане они явно проигрывают микроскопическим грибам, которые обладают мощными комплексами целлюлозолитических и лигнолитических ферментов, синтезируют как полный набор целлюлаз, так и отдельные ферменты, например ксиланазы, разрушающие аморфную целлюлозу или гемицеллюлозу.

Производство микроводорослей - простой, экологически чистый, энерго- и ресурсосберегающий процесс. В качестве основного источника сырья используются минеральные формы углерода (С02, карбонаты), запасы которых практически не ограничены. Наиболее перспективны зеленая водоросль хлорелла, синезеленая водоросль спирулина, а также микроводоросль дуналиелла. Биологическая и питательная ценность их белков составляет 48-62%. В 1 кг биомассы водорослей содержится до 30 г Р-каротина, 400 г глицерина и белка. По сравнению с традиционным растениеводством удельные затраты энергии на получение биомассы микроводорослей ниже в 3^4 раза. При производстве микроводорослей исключается загрязнение окружающей среды, в отличие от минеральных удобрений и пестицидов.

Выращивают водоросли в автотрофных и гетеротрофных условиях открытых водоемов, отстойников, на сточных водах или на установках непрерывного действия. В Европе (Чехия, Германия) культивирование синезеленых и зеленых микроводорослей находится на стадии теоретических разработок и небольших экспериментов, в Японии, Индии и на Тайване оно приобрело промышленный характер.

Водоросли имеют большое значение в водоемах, освещённых солнечным светом. Они почти не растут в очень мутной воде, например в установках с активным илом и в аэрируемых лагунах, куда солнечный свет не проникает или где жидкость имеет темную окраску. Конструкция окислительных прудов и их эксплуатация рассчитываются на равновесие между водорослями и бактериями. Первые используют двуокись углерода, соли аммония или нитраты и фосфаты и при фотосинтезе освобождают молекулярный кислород, который необходим бактериям в процессе обменного преобразования имеющихся органических веществ. При отсутствии солнечного света фотосинтез прекращается, а эндогенное дыхание водорослей продолжается таким же образом, как и у бактерий.

Выращивание водорослей на жидкой фракции навозных стоков, к сожалению, должно осуществляться в бассейнах с небольшой глубиной. Естественно, для крупных животноводческих комплексов потребуются громадные площади таких бассейнов, функционирование которых будет в значительной степени зависеть от сезонных колебаний температуры и освещенности. Выращивание же микроскопических грибов на плотной фракции навозных стоков, с одной стороны, не обеспечивает переработку жидкой фракции, а с другой - требует стерильного ведения процесса, что приводит к значительному его удорожанию. В связи с этим, по нашему мнению, наибольшего внимания в качестве агента биотрансформации навозных стоков заслуживают дрожжи.

Водный гиацинт (эйхорния), в отличие от микроводорослей, способен расти в сильнозагрязненных водоемах, поглощая в больших концентрациях разнообразные водорастворимые органические и минеральные вторичные продукты. Это карантинный сорняк тропической зоны. Мощная корневая система растения, совмещенная с разнообразными микроорганизмами ризосферы и ризопланы в слизи корней, принимает активное участие в трансформации и утилизации загрязнений водных стоков. Культивируя водный гиацинт, можно создать энергосберегающий и эстетичный биологический фильтр для сбросных систем.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>