Введение


Сельское хозяйство создаёт большее воздействие на природную среду, чем любая другая отрасль народного хозяйства. Загрязнение окружающей среды птицеводческими и животноводческими предприятиями чаще всего происходит из-за несовершенства применяемых технологий и технических средств, несоблюдения установленных экологических требований.

Наиболее простой способ снижения негативного воздействия на природу - модернизация и обновление технологического оборудования в подразделениях, внесение изменений в организацию хозяйственной деятельности, соответствующих современным экологическим нормам.

Это возможно путём внедрения малоотходных и безотходных технологий, основанных на включение в хозяйственный оборот всех сырьевых ресурсов, которые постоянно образуются и накапливаются в хозяйствах. Уменьшая объёмы органических отходов, газопылевых выбросов, потребления воды и сбрасывания сточных вод, можно снижать негативное воздействие на окружающую среду.

На каждом предприятии вначале выявляют наиболее существенные факторы производства, оказывающие воздействие на изменение окружающей среды в количественном и качественном аспекте, и уже применительно к ним разрабатывают природоохранные мероприятия, просчитывают затраты на них.

Проблема рационального использования сырья многогранна и во многом обуславливается спецификой перерабатывающей отрасли. Крупнейшим резервом экономии материальных ресурсов, расширения ассортимента, и увеличения выпуска продукции, повышения результативности перерабатывающего предприятия является комплексное использования сырья.

Большинство побочных продуктов и отходов производства, образующихся после переработки сельскохозяйственного сырья, характеризуется ценным химическим составом и может быть использовано для изготовления различной ценной и необходимой для народного хозяйства продукции.

При переработке зерна вырабатываются побочные продукты - отруби, мучка, зародыш, которые представляют большую пищевую ценность для человека, так как содержат значительное количество витаминов и микроэлементов.

При переработке сырья животного происхождения, например, на мясоперерабатывающих предприятиях, осуществляется сбор крови, сбор и обработку эндокринноферментного сырья, кишечного сырья, получают кормовые продукты, ферментные элементы, кормовую муку, сухой растительно-животный корм, шкуры, перо птицы, рога и копыта для производства товаров народного потребления, рого-копытное сырьё для технического применения и для производства аминокислотных препаратов и многое другое.

При переработке сырья растительного происхождения, например, патоки-мелассы, являющийся отходом сахарного производства, вырабатывают этиловый спирт, глицербетаин, пищевые и кормовые дрожжи, пищевые кислоты (лимонную и молочную), глютаминовую кислоту, глютамат натрия, витамин В 12, растворители. Из хлопковой шелухи и стержней початков кукурузы - кормовые дрожжи, фурфурол, этиловый спирт, тетрагидрофуриловый спирт, фурановые соединения, уксусную кислоту, пищевую глюкозу, сухие корма для животных. Из барды (отходов пивоваренного производства) - хлебопекарные дрожжи, глицерин, бетаин, кормовые дрожжи, витамин В12, сернокислый аммоний, глютамат натрия, биомизин, корм для скота.

Таким образом, большая часть отходов является ценным сырьём, используемым на корм скоту или для дальнейшей переработки с целью получения ценных химикатов, пищевых и кормовых добавок, витаминов, антибиотиков и других биологически активных препаратов.

Моя дипломная работа посвящена эффективным способам переработки и утилизации отходов сельского хозяйства.


1. Технологии утилизации отходов сельского хозяйства


Очень привычной, но от этого не менее актуальной для России является проблема утилизации отходов сельского хозяйства. Сельскохозяйственное производство дает отходов в год 250 млн. тонн, из них 150 млн. тонн приходится на животноводство и птицеводство, 100 млн. тонн - на растениеводство.

Особое внимание заслуживает проблема переработки отходов птицефабрик и ферм, большую долю которых составляет помет. Огромное количество птицеферм (более 600 по всей России) производят в сутки каждая до 300 тонн помета. Своевременное непринятие принудительно-предупредительных мер по утилизации этих отходов привело к тому, что многие птицефабрики, размещающиеся около крупных городов и поселков, стали оказывать негативное действие на санитарно-экологическое состояние окружающей природной среды. Стало происходить заметное загрязнение прилегающих к птицефабрикам рельефа почв, водоемов, лесов и пастбищ. В конечном итоге наносится серьезный экономический, экологический и социальный ущерб не только сельскохозяйственным землям, но и жителям близлежащих населенных пунктов. Таким образом, большая часть органического сырья не перерабатывается, накапливается вблизи птицефабрик, образуя «пометные озера» без признаков жизни флоры и фауны. Птичий помет, как удобрение теряет свои ценные удобрительные свойства и представляет постоянную угрозу экологическому благополучию населению и соседним хозяйствам.


.1 Способы утилизации отходов птицеводства и животноводства


Существуют современные технологии утилизации и переработки отходов птицеводства и животноводства, ниже рассмотрим особенности каждой технологии.

Технология оборудования VacuumEcoDry [1] представляет собой процесс разделения в диапазоне температур от 40 до 90 0С и давлении от 30 до 250 мм. рт. ст. исходного материала влажностью до 99% на три составляющие:

. сухое органическое удобрение, корм, топливо, влажностью до 1%, которое может без какой-либо дополнительной обработки использоваться как удобрение, служить белковой кормовой добавкой для скота и птицы, топливом.

. воду, пригодную для дальнейшего использования.

. экологически безопасный выхлоп.

Технологический процесс вакуумной сушки веществ протекает в вакуумном объеме. В качестве первичного энергоносителя может использоваться электричество, природный газ, газ, получаемый в результате сопутствующих биологических процессов, отработанный пар, горячая вода. В связи с этими особенностями технологического процесса воздействие на окружающую среду имеет место только в случае использования в качестве энергоносителя газа, сжигаемого для подогрева воды.

Исходный продукт поступает через приемный бункер в вакуумную камеру (5) для сушки. Подача продукта осуществляется системой загрузки (1) в объемах, строго согласованных с производительностью оборудования. В процессе сушки исходный продукт движется посредствам транспортеров по теплообменникам. В ходе нагрева перерабатываемого материала происходит его кипение, и разделение на 3 составляющих (сухое вещество, конденсат, газ). Далее сухой конечный продукт поступает в камеру разгрузочную - сборник готовой продукции (8). Затем происходит выгрузка готового продукта в непрерывном режиме шнековым транспортером и подача его на линию грануляции (7).После гранляции готовый продукт подается на линию упаковки (6), где фасуется в мешки по 50 литров или big-bag.

Гибкость и универсальность оборудования VacuumEcoDry позволяет без серьезных конструкционных изменений установки использовать различные виды сырья и любой влажности для осуществления переработки и стабильно обеспечивать требуемую конечную влажность продукта.



Оборудование VacuumEcoDry позволяет перерабатывать куриный помет в сухое органическое удобрение, которе является уникальным по своим свойствам. После переработки, сухой помет сохраняет в своем составе все полезные, с точки зрения агрохимии, вещества, присутствовавшие в исходном сырье, при этом органическое удобрение способно долго храниться и легко транспортируется.

Компания ООО «ЦентрИнвестПроект» [2] предлагает технологию позволяющую перерабатывать навоз, отходы животноводства, помет, в синтетический или генераторный газ - смесь СО и Н2 с теплотворной способностью 1200 Ккал - альтернативу природному газу, мазуту и углю в паровых котлах, дизельному топливу в дизель-генераторах. Синтез-газ из установок утилизации навоза БиоРЕКС универсальное сырье для производства продуктов органической химии, включая моторные топлива (бензин и дизельное топливо) второго поколения. Технология БиоРЕКС представляет идею взвешенного взаимодействия с природой при утилизации и переработке навоза - отходов свиноферм, животноводческих комплексов, а также способ объединения нескольких производств в высокоэффективную технологическую линию в полностью безотходном цикле, в соответствии с самыми строгими требованиями природоохранного законодательства - Локальный энергетический комплекс (ЛЭК).

Применяемые уникальные технические решения позволили создать технологическую линию с нулевым выбросом, перерабатывающую разные виды отходов животноводства - навоз свиноферм, навоз рогатого скота с разной влажность, вплоть до 90%. Автономные, модульные, мобильные, в габаритах 6 и 12-ти метрового морского контейнера - установки не требуют подключения к инженерным сетям, сложных подготовительных строительных работ и пуско-наладки.


Установка для переработки отходов птицеводства и животноводства


Принципиальная схема переработки отходов птицеводства и животноводства


Навоз, поступающий на переработку, взвешивается на весовой платформе (1), расположенной перед приемным люком. Система производит взвешивание автоматически. Далее отходы подаются шлюзовым питателем, для обеспечения герметичности вакуумного подогревателя, на модуль сушки (2). В модуле сушки навоз с исходной влажностью 80-90% и температурой 200С поступают в вакуумный подогреватель конденсационного типа, где при давлении 0,07 МПа доводится до температуры кипения 390С. Испаренная влага (18% влаги которую необходимо удалить для снижения влажности до 15%) отводится водокольцевым насосом, создающим разряжение. Далее подогретый и подсушенный в первой ступени сушилки навоз нагнетается винтовым насосом в высокотемпературном подогревателе и движется под давлением 2,5-3,5МПа. Здесь сырье нагревается до температуры 2240С циркулирующим в рубашке высокотемпературным теплоносителем с температурой 2500С.

Затем через дросселирующий патрубок навоз разбрасывается в бак, который находится под атмосферным давлением. Здесь при сбросе давления происходит испарение влаги (23% от общего количества влаги). Выделившийся в баке насыщенный пар поступает на утилизацию в вакуумный подогреватель. Здесь он конденсируется и охлаждается до температуры 600С, отдавая тепло на сушку навоза в первой ступени. Подсушенный навоз из бака выгружается шлюзовым питателем в поток сушильного агента (дымовые газы) исходящий из теплогенератора и пневмотранспортом подается совместно с ним в валковую сушилку.
После сушки навоз поступает на брикетирование (3). Количество животноводческих отходов, учитывая их влажность, поступающих на брикетирование, составляет 2,57 тонны в час. После брикетирования сырье поступает в бункер подготовленного сырья, объемом 75 м3 (4), который обеспечивает суточный запас.

Рис. 3. Образец брикетов из отходов животноводства


В бункере (4) брикетированное сырье пододвигается к шнековому каналу (5), по которому масса поступает к реакторам термохимической конверсии (6) для выработки горючего газа. В бункерах и на линии сортировки создается разряжение воздуха для препятствия распространению запахов.

Из реакторов паро-газовая смесь поступает в аппарат вихревой газоочистки (7), где очищается от примесей пара, частиц золы и масел. Отобранные из газа примеси автоматически собираются и возвращаются в бункер готового сырья на дожиг. Очищенный газ поступает на теплообменный аппарат (8), где охлаждается со 140оС до 40оС. Далее охлажденный и очищенный газ поступает в дизель-генераторы (9) для производства электроэнергии. Выхлопные газы дизель-генератора с температурой 600оС собираются и частично направляются в реакторы (6), и частично на теплообменный аппарат.

Зола, образующаяся в процессе конверсии извлекается из реактора (6) автоматически при температуре 100-120оС и поступает в устройство электромагнитной активации (10) для выделения из состава золы примесей металлов. Разделенные зола и металлы поступают в накопительные бункеры объемом 1м3. В модулях предусмотрена звукоизоляция и вентиляция.

Реактор термохимической конверсии углеродсодержащего сырья БиоРЕКС.

Технология термохимической конверсии углеродсодержащего сырья БиоРЕКС занимает лидирующие позиции в сфере переработки углеродсодержащего сырья и получения энергоносителей - по цене оборудования, выходу товарных энергоносителей, экологичности и компактности.

Основой технологической линии является реактор высокоскоростной высокотемпературной конверсии с воздушным дутьем и обращенным отбором газа.


Основные конструктивные элементы реактора:

1.Гидравлический пресс подачи сырья;

2.Съемная крышка реактора;

.Дутьевые фурмы;

.Гидравлический пресс отбора золы;

.Корпус реактора;

.Проточный вентилятор;

.Аэродинамический преобразователь;

.Рама.

отходы утилизация птицеводство животноводство

ООО «НПО БАЛТЭК» [3] разработало несколько вариантов оборудования и технологий для дезактивации птичьего помета, свиного навоза за I-сутки.

Быстрая дезактивация навоза стала возможной благодаря совместному применению сорбента «Абсолют-Агро» и установки «Абсолют - Сепаратор».


Схема установки оборудования


Осветленная фракция (Этап 1), представляет собой техническую воду без запаха, насыщенную легко усвояемыми формами аммиака. Она используется для полива теплиц. После дополнительной очистки (Этап 2), осветленная фракция используется как питьевая вода для птиц, скота, свиней, имеющая ПДКхозвод. Твердая фракция - это высокоминеральное удобрение с классом опасности IV-V по ОПС насыщенная микроэлементами (медь, сера, селен и т.п. всего около 50 элементов), так же используется как белковая кормовая добавка, подстилка скота и т.п.


Схема проведения работ

Дезактивированный помет является техническим грунтом, лишенным запаха. Технология проста в использовании, не требует капитальных затрат и дополнительных площадей, а также интегрируется в любую производственную цепочку. Технология основана на применении сорбента. При добавлении 2%, сорбент удерживает газообразный аммиак, пары мочевины, что приводит к исчезновению запаха. При добавлении до 10% (от сухого веса помета), разлагает кислоты и связывает ионы тяжелых металлов, подвижные формы которых делают помет токсичным отходом. Нормализует Ph, что позволяет размножаться бактериям, которые окончательно разлагают остатки органики и не переваренных кормов. Остатки кормов доходят до 40% от сухой массы помета. На сегодня существуют технологии дальнейшей переработки стабилизированных отходов, правда они не нашли своего применения, т. к. раньше этого момента надо было ждать 6-10 месяцев, а при участие сорбента всего один день.

Ставропольским государственным аграрным университетом [4] разработана безотходная энергосберегающая технология переработки отходов птицеводства. В основе этой технологии лежит микробиологическая деструкция органической части помета в анаэробных условиях. Использование других способов переработки позволяет комплексно использовать практически весь химический и энергетический потенциал этого сырья с получением полезных продуктов. Одновременно решаются задачи обеспечения охраны окружающей среды, санитарно-гигиенического благополучия птицеводческих комплексов и использования нетрадиционных источников энергии.

Технологический процесс переработки состоит из шести этапов.
На первом этапе происходит подготовка исходного сырья для процесса анаэробного сбраживания. Помет загружается в приемную емкость, объем которой равен суточной дозе загрузки биореактора, затем подогревается и выдерживается в течение суток. Подогрев исходного сырья осуществляется до температуры равной температуре сбраживания его в термофильном режиме. На этом этапе гетерогенная группа анаэробных бактерий «первичные анаэробы» подвергают ферментативному гидролизу сложные многоуглеродные вещества. Результатом деятельности этих микроорганизмов является подготовка помета к анаэробному сбраживанию.
На втором этапе подготовленное сырье подвергается «качественному» сбраживанию в анаэробных условиях. В процессе сбраживания выделяется биогаз, содержащий до 80% метана. Биогаз используют для получения электроэнергии или теплоносителя (горячей воды). Сброженный помет обеззаражен от патогенной микрофлоры, лишен резкого запаха, а семена сорных трав, находящиеся в нем, полностью лишены всхожести. Следует отметить, что во время метанового сбраживания помет обеззараживается от болезнетворной микрофлоры, семена сорных растений полностью теряют всхожесть, химические соединения минерализуются, в результате чего в сброженном птичьем помете практически полностью сохраняются питательные вещества. Химические соединения азота, фосфора и калия переходят в более доступные и усвояемые формы для культурных сельскохозяйственных растений. Содержание питательных веществ в сброженном помете 15% влажности (по АСВ) составляет азота - 8…12%, фосфора - 8…10%, калия - 2…4%, также в нем содержится более 30 различных макро- и микроэлементов, необходимых для полноценного развития растений.

Также в процессе анаэробного сбраживания в птичьем помете происходит развитие микроорганизмов p. Bacillus и Staphylococcus, для которых характерна способность продуцировать антибиотические вещества и подавлять рост фитопатогенных грибов и патогенных микроорганизмов. Так культуры Bacillus pumilus и Staphylococcus hominis подавляют фитопатогенные грибы рода Fusarium sp., Bipolaris sp., Sclerotinia sp. более чем на 50…80%. Представители p. Bacillus развиваясь в ризосфере растений, используют корневые выделения, обеспечивая быструю хелатизацию минеральных солей, снимая «ионную блокаду» корня, возникающую в результате избытков ионов. Кроме того, бактерии p. Bacillus способны стимулировать рост и увеличивать урожай растений.

Деятельность бактерий метаногенной ассоциации, осуществляющих анаэробное сбраживание ведет к насыщению сброженного помета гумусовыми и гуминовыми веществами, синтезу витаминов В1, В2, В6, В12 и растительных гормонов - индолилуксусной кислоты, гиббереллина, зеатина и предшественника индолилуксусной кислоты - триптофана. В результате удобрительное действие сброженного птичьего помета выходит на совершенно новый качественный уровень.

На третьем этапе сброженный помет разделяется на жидкую (влажностью 98…99%) и твердую (органика) фракции в две стадии. На первой стадии происходит выделение из сброженной массы около 70% жидкости, на второй стадии влажность твердой фракции доводят до 50…55%. Для этого были разработаны разделительные устройства, позволяющие достигать поставленной цели с наименьшими затратами энергии.
Четвертый этап - приготовление гранулированных органических удобрений. Для этого нами разработан и исследован способ влажного гранулирования. С этой целью используется шнековый пресс со сборной прессующей матрицей, состоящей из двух частей: прессующей и релаксационной. В результате проведенных исследований установлен оптимальный режим работы шнекового пресса и оптимизированы параметры сборной прессующей матрицы. Использование данного способа гранулирования позволяет получать гранулы из твердой фракции сброженного птичьего помета влажностью 55…60% со следующими физико-механическими характеристиками: прочность - не мене 1,68 МПа (17 кг? с/см2), плотность не менее 1255 кг/м3, крошимость не более 1%. Разработанный способ влажного гранулированного сброженного помета позволяет получать гранулы, которые по размеру, плотности, прочности и крошимости полностью удовлетворяют требованиям технических условий на гранулированные удобрения. Использование данного способа гранулирования не требует металлоемкого дорогостоящего оборудования, также позволяет значительно снизить энергетические затраты идущие на процесс гранулирования.
Пятый этап - сушка гранулированных удобрений. В результате процесса гранулирования полученные гранулы нагреваются до температуры 70…80 0С, их влажность составляет 40…45%. Для доведения гранул до товарного вида (влажность 10…15%) нами разработан и исследован процесс низкотемпературной сушки гранул (процесс проходит при температуре 70…80 0С) за счет утилизации теплоты, выделяемой теплогенератором. Теплогенератор служит для поддержания оптимального температурного режима анаэробного сбраживания помета и работает на биогазе. Использование отходящих газов для сушки гранул позволит значительно сократить энергозатраты на сушку гранулированных удобрений.

Шестой этап - получение белково-витаминного концентрата. Жидкая фракция сброженного помета, полученная на этапе разделения помета на фракции богата бактериальным белком (бактерии метаногенной ассоциации). Эти бактерии характеризуются высоким содержанием животного белка (68…74%). На этом этапе переработки из жидкой фракции сброженного помета способом сепарирования выделяются бактерии метаногенной ассоциации.

Компания «Техноагроресурс» [5] предлагает комплексные решения по утилизации и переработке помета или навоза с получением - удобрений и грунтов и подстилки для животных:

1. Утилизация и переработка жидких животноводческих стоков методом разделения.

Для обеспечения эффективной работы системы удаления навоза рекомендуется установка системы сепарации.

Преимущества сепарации навоза:

1. Объемы, требуемые для хранения жидкого органического удобрения, сокращаются на 30%, по сравнению с объемом жижи до сепарации.

. Не требуется перемешивать содержимое отстойника - не образует плотных слоев.

. Жидкость из отстойника легче перекачивать и вносить на поля.

4. Сокращаются сроки хранения сепарированной жидкости в отстойниках в 2 раза.

5. Сепарированная жидкость не обжигает листья растений.

6. Сепарированная жидкость лучше для растений, поскольку твёрдые частицы навоза отделены и не прилипают к листьям растений, что могло бы вызвать заболевание растений и замедлить их рост.

. Сепарированная жидкость лучше поступает к корням растений и обеспечивает лучший рост = повышение урожайности, и при этом улучшается качество жатвы.

8. Сепарированная жидкость пахнет не так сильно, как несепарированный навоз (уровень запаха снижается приблизительно на 25%).

. Вместе с твёрдыми фракциями удаляется часть соединений фосфора.

10. Сепарированная жидкость может быть подвергнута более эффективной обработке (аэрации для уменьшения запаха / биологической и химической обработке).

11. Отделённая твёрдая фракция на 25% состоит из сухой массы и ее легче хранить и вносить на поля.

12. Сепарированная твердая фракция будет компостироваться естественным путём при температуре до 60 градусов. Это убьёт большинство патогенных микроорганизмов и семян сорных растений.

13. Твёрдая фракция в процессе компостирования уменьшатся в объёме прибл. на 40%.

. Твердая фракция не пахнет так, как навоз - запах больше напоминает сырую почву (землю).

Традиционная смывная система навозоудаления предусматривает строительство и эксплуатацию большого количества отстойников для естественного биологического обеззараживания сточных вод в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами. Значительные объемы хранилищ, высокая скорость их заполнения, выведение земельных участков из системы землепользования, экологические проблемы, возникающие при эксплуатации отстойников, требуют применения нового подхода к решению проблемы. Техноагроресурс предлагают шнековое сепарирование как эффективный, надежный, неэнергоемкий и экономически целесообразный метод. Компост вносят на сельхозугодья, используя обычную разбрасывательную технику, а жидкое удобрение - с помощью механизированных бочек, катушечной поливной технологии.

Компост вносят на сельхозугодья, используя обычную разбрасывательную технику, а жидкое удобрение - с помощью механизированных бочек, катушечной поливной технологии типа «Транспред», «Рейнстар» и т.д.

Центральное звено технологии сепарации сточных вод животноводческих комплексов - прессовый шнековый сепаратор FAN PSS производства компании FAN SEPARATOR (Германия), имеющей 20-летний опыт производства и внедрения этого оборудования (рисунок 4).



Широкая гамма FAN PSS способна удовлетворить потребности средних и крупных животноводческих ферм. Производительность изменяется в диапазоне 15-350 м3/ч, установленная мощность - 4-30 кВт, масса - 500-1 000 кг, диаметр ячейки сита - 0,25-1 мм, гарантия - 2 года.

Навозная жижа влажностью до 88% самотеком или с помощью фекального насоса подается в загрузочную камеру сепаратора. Специальный осциллятор генерирует колебания на входе в сепаратор, что способствует снижению вязкости и предварительному обезвоживанию жижи. Захваченная рабочими лопастями шнека фекальная масса, продвигаясь внутрь цилиндрического сита, теряет свободную воду. Связанная с твердыми частицами вода отделяется на последних 3 витках шнека вследствие подпрессовки со стороны пробки, сформированной на втулке шнека, и механизма регулирования влажности.

Выбором размера отверстия сита можно регулировать максимальный диаметр взвешенных частиц в жидкой фракции от 0,25 до 1 мм. При установке сита с отверстием 0,25-0,5 мм жидкая фракция не расслаивается, не образует осадка и корки. Влажность твердой фракции регулируется специальным устройством и составляет 60-67%. Способ сепарации и система осцилляции защищены патентами

Для комплексного решения проблемы утилизации сточных вод животноводческих производств компания FAN SEPARATOR выпускает также миксеры типа MSX, фекальные насосы MAGNUM, в том числе и уникальный насос-миксер LE, объединяющий два агрегата с управляемым вектором взмучивания в двух плоскостях, флотационные установки, кавитационные микропузырьковые реакторы и др. Применение сепаратора FAN PSS не ограничивается агропромышленным комплексом. Его также широко используют в пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности и других отраслях.


Способ установки сепаратора


Наиболее усовершенствованной технологией утилизации отходов животноводческих ферм является разработка фирмы «Эко-Сервис» [6] - эффективное решение по утилизации / переработки жидких стоков животноводства - помета / навоза, основанное на разделении - сепарировании стоков (как густых, влажностью до 80%, так и жидких влажностью до 99%). Для этого применяется навозный сепаратор (сепаратор гною).

Животноводческие стоки - это смесь твердых частиц и жидкости; решение проблемы заключается в том, чтобы отделить твердые частицы прежде, чем их загрязняющие окружающую среду элементы растворяться в жидкости. Шнековый сепаратор - это лучшее из доступного сегодня оборудования для выполнения этой задачи.

Удаление твердых частиц из жидких стоков навоза / помета - ключевой момент в решении этой проблемы, цель которого - снизить содержание загрязняющих компонентов навоза, что позволит продлить срок службы и снизить объем отстойников, упростить технологию внесения в почву, повысить эффективность биологических очисток и минимизировать вредное влияние на окружающую среду.

Отделение твердых составляющих из жидких стоков навоза / помета:

Жидкий навоз содержит свободную и связанную жидкость. Свободная жидкость отделяется самотеком, при помощи силы тяжести; связанная жидкость находится в твёрдых составляющих навоза. Отстаивание, процеживание, стационарные и вибрационные сита могут удалить только часть свободной жидкости, а связанную жидкость они вообще не могут удалять. Кроме того, эти методы эффективны только при переработке очень жидких отходов, влажностью более 96%, что усложняет проблему разделения стоков с высокой концентрацией сухих веществ, влажностью 80% - 95%, получаемых сплавными и механическими системами навозоудаления.

Отделение жидкости при помощи сепарирования (прессо-шнековый сепаратор / навозный сепаратор) - это наилучший выход, поскольку в этом случае отделяется вся свободная и часть связанной жидкости.

Сепаратор представляет собой шнековый пресс, в котором прессование производится при помощи шнека. Это единственный сепаратор для переработки навоза / помета, эффективно отделяющий до 85% твёрдых составляющих из стоков навоза в достаточно сухие вещества. Эффективность отделения твёрдых составляющих зависит от размера ячеек сита, шнека, модели сепаратора, типа твёрдых составляющих и расположения противовесов системы, определяющих степень обратного давления. При этом степень отделения сепаратором азота, фосфора, калия и других питательных веществ колеблется от 10 до 80%.

Прессовый шнековый сепаратор производится в различных модификациях, с различными видами загрузочных горловин, барабанных сит с размером ячеек от 0,10 мм до 1,00 мм. Это позволяет эффективно применять сепаратор при различной влажности стоков.

Подавать на сепаратор первичное вещество возможно различными способами.



Сепаратор может быть смонтирован, и работать в любое время года под «открытым небом» или же иметь «легкий» навес.

Есть возможность монтировать сепаратор на автоплатформе. Этот вариант очень удобен, если у Вас несколько первичных емкостей-накопителей, расположенных на удаленном расстоянии. Сепаратор некоторое время работает на одном месте, после этого его перевозят на новое место.


Стоки навоза из производственных корпусов направляются в приемной резервуар для текущего накопления и усреднения (перемешивания) перед процессом разделения. Для обеспечения процесса усреднения применяется мешалка (миксер-гомогенизатор), которая создаёт однородную консистенцию вещества на входе. Либо применяется насос с функцией гомогенизации. Насос с измельчающим механизмом, режущими кромками перекачивает однородную жижу в сепаратор. Благодаря встроенному перепускному клапану избыток стоков возвращается обратно в резервуар самотеком. Внутри впускной секции, осциллятор создает колебательное давление в жидкости. Это ведет к улучшенной производительности и более высокой пропускной способности, особенно вязкой жидкости. В сите волокнистые твердые вещества отделяются от жидкости. Волокна создают фильтрующий слой, который задерживает более мелкие частицы в жидкости. Лопасти шнека продвигают этот слой к выпускному отверстию. Поверхность сита очищена и образуется новый фильтрующий слой. Конструкция сита не допускает образования пробок. Давление в первой части сита низкое, которое увеличивается по мере возрастания концентрации твердых веществ в выходящем продукте. Сила трения твердой заглушки в цилиндрическом раструбе и двойной заслонки регулятора выходного отверстия, создает противодавление.

Сила прессования регулируется противовесами, определяющими обратное давление, создаваемое на выходе сепаратора.

Производительность зависит от влияния различных факторов: размера ячейки сита, исходной влажности стоков, температуры, срока хранения навоза, положения противовесов, регулирующих степень отжима.

Отделенная жидкая фракция:

Жидкость, отделённую сепаратором, можно перекачивать обычным насосом для сточных вод или транспортировать самотеком даже по тонким трубам, поскольку в ней содержится достаточно мало сухих веществ и различных примесей. Жидкая фракция, отделённая при помощи сепаратора, содержит только мелкодисперсные твёрдые частицы, находящиеся в растворенном состоянии. Жидкая фракция после сепарации характеризуется высоким содержанием положительных биогенных элементов и благоприятным соотношением питательных веществ Фосфора, Азота и Калия - 1,4:1,0:1,6. Жидкая фракция используется в качестве органического удобрения при орошении почв. При использовании жидкости в качестве удобрения почвы она может, перекачивается насосами высокого давления по длинным трубам для использования в системах внутрипочвенного орошения, дождевания и капельного полива, при этом, не создавая загрязнений в трубопроводах.

Отделенная жидкость из отстойника или лагуны выкачивается без предварительного перемешивания и может быть использована для орошения вместо аммиачной воды. Поэтому лагуна может быть сооружена с использованием пленки, т. к. не требуется ее очистка от плотных донных отложений и поверхностной корки.

Отжатая твердая фракция:

Получаемая твердая фракция отправляется на компостирование, используется в качестве подстилки для животных, органического удобрения или может быть отправлена на линию брикетирования, которую вы также можете у нас заказать, для получения топливных брикетов, для автономного отопления при помощи твердотопливного котла. При сжигании твердой фракции в пиролизных теплогенераторах, получаемая тепловая энергия может быть направлена на отопление помещений, ферм, теплиц и пр., а также для получения пара.

Компостирование отделенной твердой фракции:

Сепаратор производит твёрдые составляющие с оптимальными для компостирования влажностью и структурой (пористая, рассыпчатая масса с низкой адгезией), что обеспечивает превосходное движение в них воздуха во время компостирования и уменьшает неприятный запах. Отделённые твёрдые составляющие непривлекательны для мух, крыс и других паразитов.


.2 Технологии утилизации отходов птицеводства и животноводства за рубежом


.2.1 Канадская технология утилизации куриного помета

Группа Канадских компаний обладает технологией и выпускает оборудование для преобразования куриного помёта в сухое топливо и получения тепловой и электроэнергии. Сухой куриный помёт имеет почти такую же калорийность как дерево и если есть технология его сушки и сжигания с высокой эффективностью, то помёт превращается в ценное топливо.

Сушка куриного помёта происходит одновременно с процессом его измельчения в силу работы следующих физических процессов:

. Влажный материал загружается в роторную камеру, где подвергается воздействию кинетической энергии ротора, который вращается с угловой скоростью до 640 км в час. Огромные центробежные силы отслаивают воду от внешней поверхности кусков материала. В процессе измельчения новые и новые поверхности материала постоянно появляются, и новые открывшиеся слои воды отслаиваются от материала и удаляются. Этот механизм сушки основан на механических силах удаления воды из материала.

. Другой механизм сушки полутермический по сути. Кинетическая энергия от многочисленных ударов нагревает частицы на короткий промежуток времени выше 100 градусов цельсия, поэтому вода в частицах превращается в пар. Пар выделяется из частиц и мгновенно превращается в очень мелкие капельки воды, поскольку температура внутри камеры никогда не бывает выше 90 градусов Цельсия. Вода также выделяется из материала, поскольку сила удара выжимает воду из частиц материала. Поэтому частицы материала теряют содержащуюся в них воду без применения какого либо наружного нагрева, а за счёт воздействия механических сил.

. Температура воздуха внутри камеры между 70 и 90 градусов цельсия, поскольку ротор нагревается от трения в течении процесса измельчения, а также из за процесса аэродинамического нагрева воздуха. Очень высокий коэффициент передачи тепла и массы из-за крайне высоких ускорений частиц обеспечивает практически мгновенную передачу влаги от частиц в окружающий воздух. Большая суммарная поверхностная площадь частиц также способствует высокой скорости передачи массы влаги. Этот процесс чисто термический.

. Уничтожение бактерий происходит в основном за счёт воздействия кинетической энергии и кинетического нагрева частиц во время их удара о отражательные пластины, ротор и стенки камеры. Эти многочисленные удары поднимают температуру частиц до уровня выше необходимой для пастеризации бактерий. Кроме того, огромные ускорения, которым подвергаются частицы, ломают стенки клеток бактерий, убивая их. Уровень запаха высушенного куриного помёта после BPS, во много раз ниже, чем до обработки, что свидетельствует о том, что большинство бактерий убито.

Система BPS применяется во многих странах мира для сушки и измельчения биомассы: США, Канада, Япония, Корея, Бразилия, Малайзия и т.д.

Во время переработки куриного (бройлерный) помёта, сырой куриный помёт с влажностью 30% подаётся по транспортёру в систему BPS (на фото). На выходе системы куриный помёт содержал 10-12% влаги и превратился в сухой порошок (на фото).


Помет 10-12%

Помет 30%


После системы BPS мы получаем сухой порошкообразный материал с минимальным запахом, который можно использовать для получения энергии, а также для производства удобрений.

Пылевые топки высокой интенсивности были разработаны специально для эффективного и полного сжигания трудносжигаемых видов топлива в соответствии с самыми жёсткими требованиями нефтехимической индустрии. Эти системы показали себя надёжными и высокоэффективными в промышленном применении.

Основные характеристики пылевых топок:

Соответствуют самым жестким экологическим стандартам; сжигание с нулевым уровнем СО и экстремально низким значение NOx;

Полное сжигание биомассы (100% биологического состава);

Эффективность, стабильность и управляемость такие же как у топки работающей на натуральном газе.

Способны работать одновременно на смеси топлива: порошкообразное, жидкое, газообразное.

Уровень шума менее 85 dBa (децибелл)

Компактный дизайн, что делает топки значительно меньше и дешевле, чем при других технологиях. Уменьшаются размеры основного оборудования: парового котла, газоходов, циклонов, вентиляторов, и т.д., что позволяет экономить значительные средства. Устанавливаются практически на все паровые котлы, как в новых проектах, так и при модификации существующих котлов.

Пылевые топки используются как источник тепла в различных индустриальных нагревателях и энергосистемах.



Экстремально короткое и чётко очерченное пламя позволяет использовать небольшие по размерам камеры сгорания. Порошкообразное топливо подаётся в топку через установленный в центральной части топки инжектор (gun). Вихревое вращение воздуха, подаваемого в топку, создаётся за счёт специальных лопастей, установленных в основании топки. Крутящийся воздух создаёт циркулирующий вихрь внутри топки, что ведёт к интенсивному перемешиванию пылевидного топлива и воздуха.

Такое интенсивное смешивание обеспечивает эффективное и полное сжигание топлива и очень ровное распределение температуры внутри топки.


Улучшенное распределение тепла уменьшает потери тепла и увеличивает эффективность сжигания. Способность работать с минимальным объёмом избытка воздуха (2%) и обеспечивать полное сгорание уменьшает падение тепла при избытке воздуха.


1.2.2 Итальянская технология утилизация отходов птицеводства и животноводства

Технология промышленного производства искусственного гумуса из органических отходов птицеводства - куриного помета базируется на современных теоретических представлениях о структуре и динамике природного носителя почвенного плодородия - гумусе. Согласно этим представлениям действующим началом гумуса, определяющим его высокую биологическую активность и способность к производству, обеспечивается макроциклическими комплексами органических природных веществ, главным образом гуминовых кислот, с ионами переходных металлов (Fe, Cu, Mn….) и щелочноземельных элементов (Ca, Mg….). Эти фрагменты, связываясь своими активными группами (-ОН, - СООН, NH2,…с комплексообразующими ионами, образуют сплошную («сшитую») лигандную оболочку, способную в строго определенных условиях сбалансированного протонно-апротонного катализа наращиваться, вовлекая в этот процесс новые атомы металлов, которые образуют кластерную цепочку внутри прочной гидрофобной лигандной оболочки. Таким образом формируются достаточно прочные трубчатые макромолекулы. Такие комплексы, включающие в себя полный набор питательных веществ и конституционную воду, обеспечивают растения всеми необходимыми веществами для интенсивного роста и развития.

Существенным отличием предлагаемого способа получения гумусоподобного удобрения от известных аналогов является:

· многократное ускорение образования макрокомплексов в условиях действия на субстрат электрических полей специальной формы при его интенсивном диспергировании и гомогенизации;

· многократное (до 10 раз) снижение удельных энергозатрат на получение каждой тонны гранулированного органического удобрения.

Технологический процесс получения в Комплексе искусственного гумуса начинается, практически, с заполнения предварительно подготовленным (очищенным от инородных включений - щебня, металлических предметов и др.) куриного помета бункера-питателя (дозатора), заполнения (при необходимости) второго бункера - питателя компонентами-носителями ионов, далее их частичным измельчением и перемешиванием в дезинтеграторе - смесителе до получения пластичной однородной массы для подачи последней в реактор, где и должен происходить процесс образования искусственного гумуса

. Исходное сырье.

Вариант 1: Сырье - птичий помет из накопителя - отстойника с исходной влажностью - 45-85% (в случае уборки птичников гидросмывом) добывается земснарядом (или фекальным насосом).

На входных сетках заборников производится очистка сырья от грубых посторонних включений и металла.

Вариант 2: Сырье - птичий помет влажностью до 75% из птичников (в случае уборки птичников с использованием скребковых транспортеров) направляется в бункер накопитель комплекса.

При перемещении сырья в реакторе происходит измельчение, смешивание сырья, предварительная сушка и гумизация, ускоренная до 10 раз в сравнении с обычным электролизом, обеззараживание органических масс, структурирование воды, превращение части вредных веществ и газов (меркаптанов, аммиака, сероводорода и др.) в полезные вещества за счет воздействия на каждую молекулу по всему объему вещества электромагнитного катализатора, температуры и водорода.

На выходе реактора хлор и фтор связываются в экологически безопасные вещества и полезные вещества например, СаF. Образовавшиеся газы подаются в блок электроочистки, где соединения серы окончательно разлагаются на элементарные вещества, а сера осаждается на холодных стенках поддона.

Реактор выдерживает давление внутри корпуса не менее 5 атм;

Реактор обеспечивает:

измельчение сырья и реагентов до размера частиц не более 20 мкм;

получение гомогенной смеси;

получение биологически активных металлоорганических соединений переходных металлов (Fe, Cu, Mn….) и щелочно-земельных элементов (Ca, Mg) с фрагментами натуральных органических соединений.

дегидратацию удобрения до влажности не более 30%;

возможность замены электродной системы по мере ее износа за время не более 10 минут.

Чистый гумус из зоны комплексирования реактора поступает в зону сушки реактора (дегидратации). В выпускаемых промышленностью дегидраторах удаление воды происходит за счет ее испарения. Это энергоемкий процесс - на испарение 1 тонны воды затрачивается до 1000 кВт час электроэнергии.

В установленном на комплексе дегидраторе удаление до 40% структурированной воды производится в виде тумана, при 50 - 80 оС без испарения. Это достигнуто за счет применения электрического катализатора. При таком процессе энергии на удаление этой части воды затрачивается до 10 раз меньше, т.е. 100 кВт час электроэнергии.

Температурный режим и дальнейшая сушка продукта производится за счет использования водорода, вредных газов и веществ, образовавшихся в реакторе, в качестве сушильного агента. При этом вредные вещества превращаются в экологически безопасные.

Система газоотведения

Функциональное назначение: отсос паров воды и газов и их очистку (утилизацию) перед выбросом в атмосферу;

Система газоотведения комплекса обеспечивает:

предварительную очистку и дезактивацию газов, выделяющихся в процессе работы реактора (аммиака, водорода, кислорода, меркаптанов, азота и др.) и доведение выбросов до требований ПДК с проверкой эффективности очистки;

конденсацию очищенных паров воды с получением дистиллята;

сигнализацию утечки метана и водорода из системы;

Система водоотведения

Система водоотведения обеспечивает:

удаление избыточной воды в процессе дегидратации продукта;

отвод воды в стандартные отстойники;

возможность использования получаемой жидкой фракции на основе активированной воды в сельском хозяйстве.

Линия грануляции выходного продукта:

обеспечивает гранулирование модифицированного куриного помета с размерами гранул не более 2-2,5 мм;

Линия расфасовки и упаковки:

Сырье (куриный помет), предварительно очищенный от инородных включений, доставляется в бункер - питатель. В бункер - питатель компонентов (используются при необходимости корректировки показателей качества искусственного гумуса) доставляются компоненты. Далее из бункеров - питателей сырье и компоненты (при необходимости) с помощью шнековых транспортеров подаются в блок предварительной подготовки субстрата - дезинтегратор - смеситель. Здесь производится измельчение материалов, гомогенизация и получение пластифицированной биомассы, которая далее перемещается с помощью шнекового транспортера в реактор.

В реакторе, разделенном на функциональные зоны, осуществляется ряд технологических операций над материалом - куриным пометом, приводящих к модификации его параметров. В первой зоне происходит интенсивное измельчение материалов до частиц с размерами единиц микрон, тщательное смешение до получения гомогенной массы. В этой же зоне осуществляются процессы комплексирования фрагментов органики с переходными и щелочноземельными металлами под действием приложенного к системе электродов, размещенных в этой зоне реактора, электрического напряжения с заданными параметрами. Протекание физико - химических процессов в данной зоне реактора сопровождается выделением газообразной фазы, содержащей пары активированной влаги, водорода, меркаптанов, аммиака, сероводорода и др., которые здесь же за счет воздействия на каждую молекулу по всему объему вещества электромагнитного катализатора, температуры и водорода превращаются большей частью в полезные вещества. Образовавшиеся газы подаются в блок газоотведения и электроочистки, где они разлагаются на элементарные вещества, а сера осаждается на холодных стенках поддона.

Из первой зоны реактора обработанная биомасса перемещается в зону дегидратации (обезвоживания до определенных параметров) и далее подается принудительно на устройство гранулирования, в котором оно окончательно и досушивается до требуемой влажности.

Далее уже обеззараженные (полностью подавляется патогенная микро - и макрофлора, семена сорняков теряют всхожесть, устраняется запах) гранулированные удобрения подаются либо в линию расфасовки в мешкообразную тару для последующего складирования и реализации. Жидкая фракция, образовавшаяся в процессе производства гранулированных удобрений, с помощью системы водоотведения направляется в емкости - отстойники. Жидкая фракция должна пройти химический анализ на предмет ее дальнейшего использования. Осажденная из газообразной фазы структурированная вода может найти достойное применение как в сельскохозяйственной практике, так и в других сферах [7].


.3 Способы переработки отходов растительного сырья


В настоящее время наиболее перспективным способом утилизации растительных отходов и отходов овощеводства является биоконверсия. Суть технологии биоконверсии заключается в следующем: сырьевые компоненты (отходы) содержащие сложные полисахариды - пектиновые вещества, целлюлозу, гемицеллюлозу и др. подвергаются воздействию комплексных ферментных препаратов, содержащих пектиназу, гемицеллюлазу и целлюлазу. Ферменты представляют собой очищенный внеклеточный белок и способны к глубокой деструкции клеточных стенок и отдельных структурных полисахаридов, т.е. осуществляется расщепление сложных полисахаридов на простые с последующим построением на их основе легко усвояемого кормового белка.

В качестве исходных сырьевых компонентов могут быть использованы следующие отходы:

1.Растительные компоненты сельскохозяйственных культур: стебли зерновых и технических культур, корзинки и стебли подсолнечника, льняная костра, стержни кукурузных початков, картофельная мезга, трава бобовых культур, отходы сенажа и силоса, отходы виноградной лозы, чайных плантаций, стебли табака.

2.Отходы зерноперерабатывающей промышленности: отруби, отходы при очистке и сортировке зерновой массы (зерновые отходы), зерновая сорная примесь, травмированные зерна, щуплые и проросшие зерна, семена дикорастущих растений, некондиционное зерно.

.Отходы консервной, винодельческой промышленности и фруктовые отходы: кожица, семенные гнезда, дефектные плоды, вытерки и выжимки, отходы винограда, отходы кабачков, обрезанные концы плодов, жмых, дефектные кабачки, отходы зеленого горошка (ботва, створки, россыпь зерен, битые зерна, кусочки листьев, створки), отходы капусты, свеклы, моркови, картофеля.

.Отходы сахарной промышленности: свекловичный жом, меласса, рафинадная патока, фильтрационный осадок, свекловичный бой, хвостики свеклы.

.Отходы пивоваренной и спиртовой промышленности: сплав ячменя (щуплые зерна ячменя, мякина, солома и др. примеси), полировочные отходы, частицы измельченной оболочки, эндосперма, битые зерна, солодовая пыль, пивная дробина, меласса, крахмалистые продукты (картофеля и различных видов зерна), послеспиртовая барда, бражка.

.Отходы чайной промышленности: чайная пыль, сметки, волоски, черешки.

.Отходы эфирно-масличной промышленности: отходы травянистого и цветочного сырья.

.Отходы масло - жировой промышленности: подсолнечная лузга, хлопковая шелуха.

.Отходы кондитерской и молочной промышленности.

Таким образом, любое растительное сырье и его производные, как лигноцеллюлозный источник, доступны для микробиологической биоконверсии в углеводно-белковые корма и кормовые добавки.

Наряду с переработкой кондиционных растительных и зерновых компонентов, технология позволяет восстановление и многократное увеличение прежних кормовых свойств сырья, зараженного патогенной микрофлорой, испорченного насекомыми или частично разложившегося из-за неправильного хранения.

В процессе биоконверсии в некондиционных компонентах уничтожаются болезнетворная микрофлора, яйца гельминтов, возбудители тяжелых заболеваний (бруцеллез, туберкулез, холера, тиф и др.), а также и вредные паразитирующие простейшие (аскариды, солитеры и др.). При этом кормовая ценность некондиционного сырья после соответствующей обработки превышает кормовую ценность кондиционных аналогов в 1,4-1,8 раз.

После завершения процесса биоконверсии получаемым конечным продуктом, является кормовая добавка - углеводно-белковый концентрат (УБК), который приобретает кормовые свойства в 1,8-2,4 раза превосходящие фуражное зерно хорошего качества, а также обладает рядом существенных и необходимых свойств, которыми не обладает традиционное зерновое сырье.

Особенностью конечной продукции, получаемой по альтернативной технологии микробиологической биоконверсии, в основном является то, что по своей сути, сырье для производства кормовой добавки УБК проходит обработку в среде аналогичной микрофлоре начального участка пищевода, т.е. первый этап пищеварения - «подготовка корма к перевариванию» начинается вне пищевода. Поэтому процесс переваривания таких кормов уже непосредственно в пищеводе животных, птиц и рыбы характеризуется высокими уровнем биологических процессов и переваримостью корма, а также сниженными ферментными и энергетическими затратами организма на всем этапе пищеварения.

Таким образом получаемая кормовая добавка - УБК, отличается высокой питательностью (протеин 22…26%), более легкой усвояемостью, биологической активностью, а также ферментной, витаминной и минеральной ценностью.

Кормовая добавка УБК, используется как основной компонент при производстве комбикормов в соотношении 1:1, как добавку к грубым растительным кормам, при производстве простых кормовых смесей с измельченным фуражным зерном, отрубями, зерно отходами и пр., с нормой ввода до 25…65%.

Средние затраты на производство 1 кг. высококачественного корма по рассматриваемой технологии не превышают 1 руб., а по кормовой ценности превышают показатели фуражного зерна в 1,8-2,4 раз.

Как и в традиционных кормах, продукция, полученная по альтернативной технологии компании Биокомплекс, соответствует принятым стандартам по питательности и содержанию необходимого набора витаминов и микроэлементов, ветеринарно безопасна, сертифицирована и является экологически чистой. В зависимости от вида исходного сырья и требований к готовой продукции, весь процесс микробиологической обработки может проходить от одного и до трех этапов, а длительность полного цикла производства может находиться в переделах от 4 до 6 суток. С увеличением длительности процесса снижаются финансовые затраты на переработку сырья и повышаются зоотехнические показатели конечной продукции.

Технология предусматривает круглогодичный режим работы предприятия, низкие требования к квалификации большинства рабочих, малые энергетические затраты.

Технология - экологически безопасная, не имеет сточных вод и выбросов.

Создание производственного комплекса для переработки отходов на основе альтернативной технологии микробиологической биоконверсии в корма может быть реализовано как для решения отдельных задач, так и многофункцинального назначения.

Кроме того, ЗАО Биокомплекс осуществляет реанимацию, модернизацию или перепрофилирование действующих и остановленных производств под выпуск комбикормов и кормовых добавок. Например, модульные фермерские комплексы могут быть смонтированы на основе имеющихся производственных помещений, оборудования колхозных кормоцехов, комбикормовых заводов и других пищевых и зерноперерабатывающих производств и пр.

Ключевым элементом технологической цепи является биореактор, в котором и осуществляется процесс микробиологической биоконверсии отходов в корма. Реакторы являются универсальными и позволяют работать с любым сырьем и получать различные кормовые добавки.

Технологическая схема производственного комплекса по микробиологической переработке растительных отходов в корма, показана на рисунке 5.


Рис. 5.: Технологическая схема микробиологической переработки растительных отходов в корма: 1 - прием сыпучего и влажного сырья; 2 - прием жидкого сырья; 3 - бункеры-дозаторы; 4 - смеситель; 5 - био-реактор; 6 - компрессор; 7 - парогенератор; 8 - сушилка; 9 - измельчитель; 10 - отгрузка в мешки


Влажная (55%) смесь различных отходов загружаются в биореактор. С момента загрузки сырья, в биореакторе процесс микробиологической биоконверсии протекает в течении 4-6 дней (в зависимости от желаемых зоотехнических параметров конечной продукции). В результате получается влажная кормовая добавка - углеводно-белковый концентрат (УБК). Затем ее сушат до влажности 8 - 10% и измельчают. После измельчения концентрат можно использовать для производства комбикормов, где в качестве основного компонента используется УБК (65 - 25% в зависимости от рецепта и целевого назначения комбикорма).

Комбикорма, полученные по технологии ЗАО «Биокомплекс» на основе кормовой добавки УБК, обладают совершенно уникальными качественными показателями:

Комбикорм обладает высокой биологической активностью, а его переваривание характеризуется более сжатым по времени процессом пищеварения и высоким уровнем биологических процессов. Таким образом, продуктивность кормления и эффективность выращивания животных, птиц и рыбы при использовании Комбикорма на основе УБК на 15-20% выше, чем при скармливании аналогичных комбикормов, приготовленных по традиционной технологии. Кроме того, комбикорм обладает лечебно-профилактическим и стимулирующим эффектом для иммунной, кроветворной систем и кишечного тракта, а также способствует удалению вредных веществ из организма (солей тяжелых металлов, радионуклидов и т.д.).

В отличие от классической технологии высокотемпературного гранулирования, комбикорм, произведенный по технологии Биокомплекс, проходит низкотемпературное гранулирование без использования пара. Что исключает деструкцию белка и обеспечивает сохранность витаминов в корме даже при длительном хранении.

Комбикорм скармливается по традиционным зоотехническим нормам и правилам, абсолютно безопасен в использовании, не вызывает аллергических симптомов и других побочных явлений или противопоказаний.

Представляет интерес и способ получения удобрения из органических отходов животноводства, птицеводства и растениеводства [8]. Способ включает: смешение в однородную биомассу навоза, птичьего помета и измельченных растительных отходов; разделение биомассы на жидкую и твердую фракции самовытеком жидкости из биомассы и сбором ее в накопителе; раздельное обеззараживание жидкой и твердой фракций биотермической ферментацией. Жидкую фракцию обеззараживают анаэробной ферментацией в сборнике при температуре 35-40оС, в течение 2-3 суток. Твердую фракцию обеззараживают аэробной ферментацией в открытых буртах, при температуре 65-70оС. Недостатки способа: повышенная загазованность рабочей зоны токсичными газообразными продуктами ферментации, в частности, фосфинами, сероводородом, меркаптанами, аммиаком; зараженность рабочей зоны термоустойчивыми патогенными микроорганизмами. Известно, что термоустойчивые микроорганизмы не погибают даже при температуре выше 100оС.

При приготовлении удобрения из органических отходов животноводства, птицеводства и растениеводства, навоз и птичий помет смешивают с измельченными растительными отходами в однородную биомассу. Полученную биомассу разделяют на жидкую и твердую фракции сепарацией Жидкую фракцию обеззараживают и детоксицируют обработкой в электролизере с нерастворимыми электродами, и после обработки засевают штаммами микроорганизмов аэробной и / или анаэробной ферментацией. Твердую фракцию обеззараживают и детоксицируют озоно-воздушной смесью и ультрафиолетовым излучением. После предварительной обработки жидкую фракцию приливают к твердой фракции. Увлажненную биомассу загружают в барабан, засевают штаммами аэробной и / или анаэробной микрофлоры, перемешивают и, подогревом теплым воздухом, в ней активируют ферментативные процессы. После активации ферментативного процесса в биомассе, ее выгружают в бурты.

Предлагаемый способ приготовления удобрения из органических отходов имеет следующие отличительные признаки от, описанных в литературе, способов:

первый - разделение биомассы на фракции осуществляется сепарированием, что значительно ускоряет процесс разделения биомассы на твердую и жидкую фракции и, тем самым, уменьшает загазованность рабочей зоны токсичными выделениями продуктов анаэробной ферментации исходной биомассы;

второй - обеззараживание с одновременной детоксикацией жидкой фракции осуществляется в электролизере с нерастворимыми электродами;

Под действием межэлектродного разряда и промежуточных продуктов электролиза: радикалов водорода, кислорода, гидроксильных групп, - идет разрушение защитной оболочки микроорганизмов, необратимая деструкция ферментных, белковых систем и ДНК. Эффективность подавления патогенной микрофлоры в рабочей зоне электролизера до 99,9%.

Детоксикация (обезвреживание) водорастворимых продуктов анаэробной ферментации (естественного гниения) навоза и птичьего помета: фосфина (РН3), фосфинов (R-РН2), сероводорода (Н2S), меркаптанов (R-SН), аммиака (NН3), происходит в процессе окисления этих продуктов в прианодном пространстве электролизера и идет до образования фосфорной, серной, азотной кислот и их производных, соответственно, по уравнениям:


[O]? H3PO4

[O]PH2 ? R-H2PO4;

[O]

Н2S ? H2SO4

[O]SH ? R-HSO4

[O]? HNO3


где R - алкил, арил, гетерил.

Образующиеся в ходе окисления кислоты нейтрализуются основаниями жидкой фракции, в частности, с аммиаком с образованием нетоксичных средних, кислых, основных солей, которые входят в минеральную составляющую органических удобрений.

третий - перед биотермическим ферментативным обеззараживанием твердую фракцию обрабатывают озоно-воздушной смесью и ультрафиолетовым излучением с целью её обеззараживания и детоксикации.

Как и жидкая фракция, твердая фракция, содержащая навоз и птичий помет, - это концентрированный источник патогенных микроорганизмов и газообразных токсичных веществ. Применение озона для обеззараживания и детоксикации твердой фракции определяется следующей целесообразностью. С одной стороны - озон - самый сильный после фтора и экологически чистый окислитель. Бактерицидное и противовирусное действие озона распространяется на все виды патогенной микрофлоры. Эффективность антимикробных, фунгицидных, спороцидных свойств озона, при прямом контакте и оптимальной концентрации, составляет 99,99%.

Непосредственные причины гибели бактерий и вирусов при действии озона - локальные повреждения плазматической мембраны микроорганизмов и изменение их внутриклеточного содержимого: окисление белков, нарушение клеточных механизмов.

С другой стороны - озон, как энергичный окислитель химических соединений, окисляет токсичные продукты естественного гниения: фосфин, фосфины, сероводород, меркаптаны, аммиак до фосфорной, сернистой, серной, азотной кислот и их производных, соответственно, по следующим уравнениям:


РН3 + 4О3 ? 3Н3РО4;

R-PH2 + 4O3 ? 3R-H2PO4;

3H2S + 4O3 ? 3H2SO4;2S + O3 ? H2SO3;SH + O3 ? R-SO3H;

R-SH + 4O3 ? 3R-HSO4;

NH3 + O3 ? HNO3 +H2O


В количественном отношении только аммиак окисляется незначительно из-за его высокого окислительно-восстановительного потенциала.

Образовавшиеся в ходе окисления кислоты дают с избытком аммиака нетоксичные соли аммония.

Поскольку обеззараживающая эффективность озона определяется непосредственным контактом озона с объектом, в частности, с поверхностью частиц биомассы, то, с целью повышения степени обеззараживания биомассы, в усторойстве обеззараживания предусматривается дополнительная обработка ее ультрафиолетовым излучением.

Наибольшим бактерицидным действием обладают ультрафиолетовые лучи с длиной волны 205-310 нм. Более чувствительны к воздействию УФ излучения (УФИ) вирусы и бактерии в вегетативной форме (палочки, кокки). Менее чувствительны грибы и простейшие микроорганизмы. Наибольшей устойчивостью обладают споровые формы бактерий и грибов.

Гибель микроорганизмов на поверхностях, прямо расположенных в 2 м от импульсного источника УФИ, через 15 минут достигает 99,99% при дозе 50 м. Дж/см2. При этом на поверхностях, повернутых к источнику на 45-90 градусов, гибель микробов варьирует уже в пределах 57,6-99,99%.

Обеззараживающий эффект ультрафиолетового излучения, в основном, обусловлен фотохимическими реакциями, в результате которых происходят необратимые повреждения ДНК, РНК и клеточных мембран, что вызывает гибель микроорганизмов. Ультрафиолетовые лучи распространяются по прямой и действуют преимущественно на нуклеиновые кислоты, оказывая на микроорганизмы как летальное, так и мутагенное воздействие. Бактерицидными свойствами обладают только те лучи, которые адсорбируются протоплазмой микроклетки.

Для обеспечения максимального эффекта обеззараживания поверхности частиц твердой фракции, они непрерывно переворачиваются. Последнее достигается перемещением твердой фракции по технологической линии с помощью шнека - в случае обработки озоно-воздушной смесью и вибростола - в случае ультрафиолетового облучения.

четвертое - после обеззараживания и детоксикации, непосредственно перед укладкой в бурты, твердая фракция засевается необходимыми штаммами ферментов, увлажняется обезвреженной жидкой фракцией и подвергается ферментативной активации в биобарабане при 45-55оС.

Использование предлагаемого способа приготовления удобрения из органических отходов уменьшает выброс токсичных газообразных продуктов и патогенных микроорганизмов в окружающую среду, обеспечивает санитарно-гигиенические условия труда в производственных помещениях и создает условия для ускоренного получения экологически чистого органического удобрения из отходов животноводства, птицеводства и растительного материала.

Предлагаемое техническое решение может использоваться в сельском хозяйстве для ускоренного приготовления органических удобрений из отходов животноводства, птицеводства и растениеводства.

Способ приготовления удобрения из органических отходов осуществляется с помощью устройства, которое включает в себя: смеситель биомассы 1, сепаратор 2, емкость-накопитель жидкой фракции 3, электролизер 4, емкость для обезвреженной жидкой фракции 5, засевной бак 6, ленточный транспортер твердой фракции 7, измельчитель 8, шнековое устройство с кожухом 9, озонатор 10, вибростол 11, ультрафиолетовые лампы 12, шнековый конвейер 13, ороситель 14, биобарабан 15, воздуходувку 16, ленточный транспортер - укладчик 17, бурты 18.



Навоз, птичий помет (в виде пульпы) и измельченные растительные отходы подаются в смеситель 1. Органические отходы в виде пульпы перемешиваются до однородной биомассы и перекачиваются в сепаратор 2 для разделения биомассы на жидкую и твердую фракции. Жидкая фракция с соотношением фосфора, азота и калия - 1,4:1,0:1,6 и содержанием коллоидных взвешенных веществ не менее 1%, подается в усреднительную емкость-накопитель 3, далее - в электролизер с нерастворимыми электродами. Электрохимическую обработку жидкой фракции ведут при плотности тока на электродах 2 А/дм2, площади электродов 0,5 м2 на 1 м3/час обрабатываемой жидкости, при расстоянии между электродами 30 мм, время обработки жидкости 5-10 мин. Обезвреженную жидкую и детоксицированную фракцию собирают в емкости 5 и далее перекачивают в засевной бак 6, где засевают штаммами микроорганизмов аэробной или анаэробной ферментации и возвращают в твердую фракцию (шнек 13) через оросительное устройство 14. Избыток обезвреженной жидкости используется для орошения сельскохозяйственных культур.

Отсепарированная твердая фракция: пористая, рассыпчатая биомасса с низкой адгезией, из сепаратора 2 подается на ленточный транспортер 7 и в измельчитель 8, с выходными параметрами измельчения - 5-25 мм.

Измельченная биомасса подается в шнековое устройство 9, где осуществляется обеззараживание и детоксикация твердой фракции путем прокачки озоно-воздушной смеси из озонатора 10 через шнековое устройство. Соотношение озона в озоно-воздушной смеси и сероводорода и меркаптанов в биогазовых выделениях твердой фазы составляет 2-4:1, соответственно. Степень обеззараживания и детоксикации твердой фракции регулируется концентрацией озона в озоно-воздушной смеси, скоростью её прокачки через шнековое устройство и временем контакта. При выходе из шнекового устройства 9 твердая фракция попадает на наклонный вибростол 11 с закрепленными над ним ультрафиолетовыми лампами 12, где производится дополнительное обеззараживание биомассы от патогенной микрофлоры. Технические характеристики ультрафиолетовых излучателей: диапазон длин волн от 185 до 400 нм, длительность импульса излучения от 1 мкс до 10 мкс, плотность импульсной мощности излучения до 120 квт/м2.

Дальнейшее обеззараживание твердой фракции осуществляется посредством биотермической ферментации. С этой целью твердую фракцию перемещают с вибростола 11 на шнековый конвейер 13. При движении в конвейере, она обогащается через ороситель 14 штаммами ферментации из засевного бака 6 и увлажняется жидкой фракцией и выгружается в биобарабан 15. В биобарабане увлажненная твердая фракция перемещается и перемешивается, подогревается до температуры 45-550С теплым воздухом из воздуходувки 16 до активации ферментативного процесса. После биотермической ферментации в биобарабане, масса укладывается в бурты 17 для дозревания на 45-60 суток.


2. Общая характеристика отходов сельского хозяйства, способы их утилизации, достоинства и недостатки


.1 Отходы птицеводства и животноводства


Отходы промышленного животноводства и особенно птицеводства сильно загрязняют окружающую среду. Во многих странах действуют общегосударственные и региональные программы по уменьшению отрицательного давления этих отходов на экологию. Актуален поиск альтернативных методов утилизации отходов и сегодня предложены следующие способы: вывоз на поля нативного помета, навоза или стоков, компостирование, переработка навоза и помета на корм, применение биоэнергетических методов и новых технологий утилизации помета, создание рыбоводно-биологических прудов и др.

Вывоз на поля

В старину, при экстенсивном ведении хозяйства, коров с небольшими удоями содержали прежде всего для получения навоза. Концентрация скота на единицу земельных угодий была очень низкой. Навоз накапливали около фермы или вывозили на поля, где он постепенно превращался в перегной.

Сегодня при таком способе внесения возникает ряд проблем. Во-первых, перевозка громадного количества стоков (содержание сухого вещества 2-5%) требует немалых средств, во-вторых, почва, подземные и поверхностные воды заражаются инвазионными, инфекционными и токсическими элементами, в-третьих, это ведет к накоплению нитратов, меди и цинка в зерне, траве и водных источниках. В связи с этим в некоторых штатах США, например, запретили применение нативного птичьего помета в качестве удобрения.

Компостирование

Этот метод требует специальных площадок, техники и большого количества торфа, соломы и других материалов, снижающих содержание влаги. При соблюдении технологии получают биогумус хорошего качества, однако до 30-40% питательных веществ теряется в виде газов.

Основные способы компостирования можно рассмотреть на примере куриного помета.

На площадку насыпают крошку торфа слоем 30-40 см (используют погрузчики, тракторные прицепы, разбрасыватели, автосамосвалы), поверх нее - помет (при влажности помета 75% и торфа 65% соотношение 1:1). Затем все перемешивают и с помощью бульдозера формируют бурт. Ширина компостного бурта - 3-4 м, высота - 2, длина - не менее 6-8 м. Сверху бурт укрывают торфом. В холодное время года компост хранят в течение двух, в теплое - одного месяца.

Смеситель СА) 100 для приготовления компостов разработан Украинским НИИМиЭ сельского хозяйства. Технология предусматривает цикличное смешивание на наклонной плоскости бурта торфа с полужидким пометом, что обеспечивает равномерный биотермический процесс. Этот способ позволяет в 2-3 раза уменьшить сроки компостирования, надежно обеззаразить удобрение и максимально снизить активность семян сорняков.

Для получения по американской технологии препарата Фермвей в кирпичное здание загружают предварительно приготовленную на площадке с твердым покрытием торфопометную смесь (1:1). После загрузки массу специально обдувают, что вызывает бурное развитие термомезофильных бактерий. Процесс длится 5-7 дней.

Для улучшения товарных качеств продукта его дорабатывают на дезинтеграторе, дозаторе, стерилизаторе-обезвоживателе, грануляторе. В технологической линии есть приборы контроля температуры, влажности и содержания кислорода в воздушной среде аэрации. Фермвей используют в США как органическое удобрение, подстилку для животных и птицы, а также включают в рационы бычков на откорме.

Ускоряют переработку помета штаммы бактерий или грибков под общим названием «эффективные микроорганизмы».

В личных и приусадебных хозяйствах большим спросом пользуется высушенный куриный помет (пудрет). Стоимость полукилограммовых пакетов достигает 18 руб.

Удельная масса помета обратно пропорциональна содержанию сухого вещества. В клетках помет более влажный.

Помет в качестве корма

Поскольку около 40% питательных веществ корма не переваривается и выделяется с пометом, возникла идея использовать его для кормления животных и птицы. При высоких температурах куриный помет обеззараживали, удаляли из него перо, пух и семена сорняков. Полученный продукт, содержащий 20-30% сырого протеина, в смеси с комбикормом давали бычкам. При замене 33 и 50% концентратов пудретом получали суточные привесы 870-896 г.

В Англии птичий помет ферментируют, обрабатывают муравьиной кислотой и с добавками мелассы скармливают бычкам. У фирмы «ДеЛаваль» есть более 30 вариантов биологического обеззараживания навоза. По одной из технологий навоз направляют скребками и транспортером в центрифугу, где до 95% взвешенных частиц отделяют от влаги. Твердую фракцию с 36% сухого вещества выдерживают 3 месяца в специальном хранилище, потом гранулируют и дают скоту вместе с силосом.

Применяют навоз для приготовления специальных силосов - вестлажа и навосажа. В США, например, делают следующие смеси: 57% коровьего навоза и 43% сена; 42% дробленой кукурузы, 12% кукурузного силоса и 40% свиного навоза. При откорме бычков используют около 0,5 млн т мочевины, которую частично заменяют птичьим пометом как в чистом виде, так и с опилками. Овцы и козы охотно поедают вестлаж из 40% навоза крупного рогатого скота, 12% сенной резки и 12% дробленой кукурузы. Жидкую фракцию навоза в аэротенках микробиологическим методом превращают в белок одноклеточных, который оседает в виде активного ила.

В Молдавии свиной навоз влажностью 80-85% подвергали кислотному гидролизу. Твердая фракция (лигнин) шла на удобрение, а жидкая - для получения кормовых дрожжей. Технология их культивирования несложная, но культуральная жидкость содержит большое количество хлоридов и сульфатов, от которых трудно избавиться. Гидробаротермический метод требует больших энергетических затрат и дорогостоящего оборудования из нержавеющей стали, и это делает его нерентабельным.

В Канаде для подготовки к скармливанию навоз предварительно смешивают с соломой, потом засевают спорами грибов. В результате получают высокобелковый корм, пригодный в пищу не только жвачным, но и моногастричным животным. В последнее время, чтобы уменьшить выделение азота и фосфора, применяют ферменты, повышающие переваримость и усвоение питательных веществ.

Добавка фермента с фитазой на каждые 100 кг сухого вещества дает дополнительно 2,85 кг питательных веществ, 2,81 кг сырого протеина и на 1000 ккал - 14,6 ккал, соответственно снижая их поступление во внешнюю среду.

В Европе, чтобы сократить выделение аммиака, азота и фосфора и улучшить переваримость кормов, используют кристаллические аминокислоты. При более тщательном расчете рационов по доступным и синтетическим аминокислотам можно на откорме свиней убавить долю сырого протеина в комбикорме с 17,6 до 14,5%. При выращивании подсвинков с 25 до 55 кг было сэкономлено 2,2 кг сырого протеина на каждом поросенке и на 350 уменьшено количество выделяемого аммиака. Рост качества кормов и замена антибиотиков, например маннонолигосахарозой, также повышает переваримость кормов и усвояемость аминокислот.

Добавка в корм экстракта из юкки (деодоразы) увеличивает привесы свиней на 9,4%. Подобные результаты были получены и на несушках.

Биоэнергетическиеметоды утилизации

Такие методы решают сразу несколько задач: сбора и переработки отходов птицефабрик с улавливанием и нейтрализацией вредоносных биогазов, получение экологически чистых удобрений, а также метана для мини-ТЭЦ, газообразного топлива для автотракторной техники, обеспечения работы бесфреонового охладителя, производства «сухого» льда, соды и т.д.

В Европе в 1998 г. Насчитывалось более 800 (в том числе 24 крупных) биоэнергетических установок, работающих на навозе и помете. В Китае, Индии и других странах Азии их свыше 3 млн.

Применение технологии сдерживается из) за отсутствия инвестиций, а так же базовых конструкций.

Технология термический деполимеризации (TDP) позволяет из углеводородных и органических отходов животноводства получать газообразное, жидкое и твердое топливо, некоторые химикаты и удобрения. Так можно утилизировать остатки кормов, помет, навоз, подстилку, стоки и павших животных и птицу. Первая стадия проходит при 250-350 °С, вторая - при 500-700 °С. Пилотная установка TDP производительностью 7 т/день была пущена в США в 1999 г., коммерческая на 40 т/день - в 2002 г. Получаемые масла аналогичны дизельному топливу с 8-20 углеродными атомами, насыщенными и ненасыщенными жирными кислотами с 16-18 углеродными атомами. Твердые удобрения подобны апатитам, жидкие содержат 25-28% сульфата аммония.

В штате Вирджиния 65 тыс. т помета с подстилкой превращают в пеллетированные туки под торговой маркой «Гармони». Это прекрасное удобрение, в котором снижена подвижность азота и изменено в лучшую сторону соотношение N:P.

Отечественной фирмой «Корина» разработана баротермовзрывная технология переработки помета. По мнению авторов разработки, это положительно повлияет на окружающую среду, даст возможность получать органоминеральные премиксы и кормовые добавки. Однако необходимы устранение шумовых эффектов при выстреле кавитационных пушек и исследование безвредности соединений при разложении дурнопахнущих веществ.

Вермикультура

Использование калифорнийского или иной селекции червя (например, старателя» в России) получило широкое распространение в США, Канаде, Англии, Японии, Италии. При этом преследуется три цели: утилизация отходов, получение кормового белка и повышение плодородия почвы.

Биомаса червей - отличный белковый корм для птицы и свиней, способный, однако, аккумулировать соли тяжелых металлов, действуя как биологический «насос». Есть предложение использовать биомассу для приготовления микробиологических сред.

Некоторые ученые Китая и Японии считают биомассу червей пригодной для питания людей.

Рыбоводно-биологические пруды

Все более острой становится проблема чистой воды (рек, озер, подземных источников). Естественная система самоочистки, под которой подразумевается включение загрязняющих компонентов в общий круговорот веществ с выводом их в виде полезной продукции, не успевает с этим справляться.

Разработанная в ВИЖ четырехкаскадная система рыбоводно-биологических прудов позволяет получать на заключительном этапе очищенную техническую воду и рыбу (с гектара нагульных прудов в 10-20 раз больше полноценно белка, чем с гектара пастбища для от корма скота).

Навозные или пометные стоки направляют в пруды-накопители (первая ступень), выполняющие роль отстойников, твердая фракция из которых применяется в качестве удобрения, жидкая под воздействием специально подобранных микроводорослей зоопланктона проходит первый этап очистки. В следующем пруду различные виды водорослей (хлорелла, спирулина, ряска и т.д.) продолжают очищать стоки и насыщать их кислородом. Во второй половине лета избыток ряски удаляют и добавляют ее в корм животным и птице. Специально подобранный комплекс водорослей и зоопланктона, функционирующих при разных температурах и устойчивых к поеданию друг друга, повышает управляемость системы.

Водоросли второго пруда в третьем (рачковом) служат пищей для зоопланктона (разнообразных насекомых, червей, рачков), поступающего для кормления мальков рыб четвертого пруда. За лето мальки вырастают в 100 раз и достигают 25-30 г., становясь велико лепным рыбопосадочным материалом. При использовании последнего, четвертого, каскада для совместного на гула карпа и толстолобика (первый поедает зоопланктон, второй - растительность) продуктивность может достигать 60-100 ц рыбы с гектара водной поверхности.

Еще больший экономический эффект дает одновременное разведение рыбы и водоплавающей птицы (уток, гусей). Через 2-3 года после эксплуатации прудов и спуска воды на удобренном иловыми отложениями дне получают высокие урожаи сельскохозяйственных культур. Если пруды-накопители капитальные, то последующие три ступени могут создаваться по типу рисовых чеков с применением переносных щитов, шлангов. Биоинженерные сооружения типа биоплато или ботанической площадки высшей водной растительностью, тростником, рогозом или многолетними травами довершают степень очистки.

Для комплекса на 108 тыс. свиней требуется 108 га земли, из них 25 га - под пруды-накопители. Для остальных каскадов пригодны бросовые земли.

Использование личинок мух

Личинки мух, выращенные на органических отходах, обладают потрясающей энергией роста, их масса увеличивается в течение недели в 300-500 раз. Учеными подсчитано, что биомасса от пары мух и их потомства при полной реализации генетического потенциала в конце года составит более 87 т, то есть будет равна весу шести слонов.

ВИЖ совместно с рядом других научных учреждений разработал экологически чистую технологию утилизации нативных органических отходов свиноводства и птицеводства с помощью личинок домашней мухи (Musca do-mestica L.). Через 5-6 суток из 1 т нативного навоза или птичьего помета получают 60-100 кг биомассы личинок мух и 640-700 кг биогумуса. Биомасса личинок комнатной мухи - полноценный белковый корм для свиней, телят, птицы, пушных зверей, рыб. В нем содержится 48-52% протеина, 7-14% жира, 7-10% клетчатки, 7% БЭВ, 11-17% золы, а также биологически активные вещества (витамины, экдизон и т.д.).

Высокая эффективность использования нативных личинок объясняется хорошим усвоением питательных веществ, так как к полостному, мембранному и внутриклеточному механизмам переваримости добавляется так называемый индуцированный аутолиз (совместное переваривание пищи ферментами «хозяина» и «жертвы» в желудочно-кишечном тракте первого).

Из личинок, куколок и самих мух можно получать высококачественный хитин и его производные, в частности хитозан, применяющийся в медицинской, фармацевтической, пищевой и парфюмерной промышленности. Японские и американские ученые считают хитозан полимером будущего. В животноводстве он на 10-15% повышает резистентность поросят к инфекционным заболеваниям, на 20-40 г. в сутки увеличивает привесы подсвинков на откорме.

Использование для лечебно-профилактических целей выращенных на комбикорме личинок комнатной мухи и препаратов на их основе освоено в КНР при участии сотрудников ВИЖ. Водка, настоянная на личинках, обладает стимулирующим действием. Косметический крем с добавлением личиночной массы эффективно устраняет морщины, омолаживает кожу. Прошел всестороннюю проверку активный порошок из личинок мух У Гу Чун; он рекомендуется детям и старикам в качестве пищевой добавки, обладающей бактерицидными свойствами, повышающей иммунитет, улучшающей аппетит и жизнедеятельность, восстанавливающей силы, снижающей усталость, усиливающей эффективность лечения после операции.

Биогумус, полученный после переработки экскрементов личинками мух, - высокоэффективное органическое удобрение. Урожайность сельскохозяйственных культур при его применении увеличивается в 1,2-1,5 раза, при этом нематоды и другие вредители погибают.

Установлено действие различных доз биогумуса на микробиологическую активность почв при выращивании яровой пшеницы. Биогумус имеет слабощелочную реакцию (рН 7,4-7,8) при содержании общего азота от 0,84 до 1,22%, фосфора - от 0,69 до 0,99, калия - от 0,9 до 1,17% и подвижного аммония - 232-347 мг/% вещества. В 1 г биогумуса выявлено 378 млн бактерий аммонификаторов и 251 тыс. целлюлозоразлагающих бактерий, которые минерализируют органические вещества. В экспериментах, где использовали биогумус, количество микроорганизмов в почве было значительно выше, чем в контроле. Наибольшее число аммонифицирующих бактерий достигается при внесении 10 т/га биогумуса, при этом нитратов в почве оказалось меньше, чем аммония. По мере роста яровой пшеницы вплоть до уборки урожая в почве возрастает число нитрофицирующих микроорганизмов на участках с биогумусом. Там же отмечена активизация биологической ассимиляции атмосферного азота азотобактером. Содержание целлюлозоразрушающих бактерий в почве увеличивается до фазы кущения яровой пшеницы. Больше всего этих бактерий было на участках с биогумусом.

Внесение биогумуса в почву ускоряет минерализацию фосфорорганических соединений в результате действия специфических микроорганизмов. С увеличением норм с 10 до 30 т/га повышается концентрация фосфороразрушающих бактерий. Содержание фосфорной кислоты в почве зависит от числа микроорганизмов, разлагающих органические и минеральные соединения фосфора.

Использование биогумуса в качестве удобрения влияет на интенсивный рост микрофлоры, ускоряющей накопление подвижных форм питательных веществ, необходимых для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Разработаны способы стерилизации нативных личинок. Как и на муку из сухих личинок, есть технические условия, разрешение на применение.

Барабанная сушилка с температурой воздушного потока 120-140 °С максимально сохраняет питательную ценность биомассы личинок мух и дает продукт, отвечающий утвержденным ветеринарно-санитарным требованиям к кормам животного происхождения.

Стратегическое сырье

К отходам и прежде всего к помету надо относиться как к ценному стратегическому сырью для восстановления плодородия земель, повышения урожайности культур, получения пищевого (рыбы) и кормового (водоросли, зоопланктон, черви и личинки) белка.

«Эффективные микроорганизмы» ускоряют процесс биологического разложения органических веществ, при котором до 50% их превращается в газы. Это старая система компостирования навоза, только ускоренными темпами. Биогаз удобен для получения биогумуса и горючего при автономном ведении личного хозяйства, но требует капвложений и доработки технологии.

Использование рыболовно-биологических прудов под силу лишь крупным предприятиям. Замкнутая экологическая система незаменима при утилизации жидких отходов: органическое вещество по пищевым цепям живых организмов аккумулируется биомассой водорослей, ракообразных и рыб. Стоки полностью обезвреживаются от органического вещества и патогенных факторов и включаются в повторный «водоворот». Твердая фаза отстойников после биотермического обеззараживания на специальных площадках превращается в биогумус.

При комплексной утилизации твердофазных отходов с использованием личинок экономический эффект максимальный, потому что процесс этот - кратковременный, производство экологически чистое и безотходное, а продукция имеет многостороннее применение.


.2 Отходы растительного сырья и зерновых культур, достоинства и недостатки методов утилизации


В настоящее время выделяются по крайней мере пять направлений биоконверсии растительного сырья (включая отходы животноводческих ферм, которые можно рассматривать как отходы переработки растительного сырья): получение белковых концентратов пищевого и кормового назначения из зеленой массы растений; микробная протеинизация крахмал- и целлюлозосодержащего сырья для получения пищевых и кормовых продуктов; метановое сбраживание и фракционирование или аэробная обработка отходов животноводческих ферм как для получения высококачественного органического удобрения, кормовых добавок, биогаза (для энергетических целей), так и для защиты окружающей среды; консервация кормов с целью сохранения и даже повышения их питательности; комплексная переработка растительного сырья.



Кормовые белковые концентраты из зеленой массы растений содержат около 50% белка, всего 2-5% целлюлозы и, кроме того, до 50 мг% каротина; они эффективно заменяют в рационах птиц и свиней традиционные белковые добавки: сою, рыбную муку, шроты, дрожжи. Твердая фракция, образующаяся при переработке зеленой массы растений, - жом, хотя и содержит на 15-20% меньше белка, чем исходная зеленая масса, служит хорошим кормом для жвачных. Потери питательностр! зеленой массы при ее фракционировании не превышают 5-7%, тогда как при получении сена или силоса они равны 20-30%.

Необходимо отметить, что уже созданы прессы для отжатия сока мощностью 25-50 т/ч зеленой массы, позволяющие регулировать степень отжатия сока в широких пределах в зависимости от интересов того или иного хозяйства. Без особого труда из 1 т зеленой массы можно получить 300-500 кг сока и выделить в виде белковых концентратов 10-20% содержащегося в ней протеина.

Новые перспективы открывает твердофазная ферментация увлажненных до 50-60% влажности субстратов. Для такой ферментации крахмал-и целлюлозосодержащего сельскохозяйственного сырья (зерно, отруби, солома, шелуха, кочерыжка и др.) могут быть использованы мицелиальные грибы3. В нашем институте в лабораторных и полупроизводственных условиях при помощи дрожжеподобной культуры Endomycopsis fibuliger получены продукты из зерна с содержанием 18-20% белка, а при помощи Trichoderma lignorum - продукты из соломы с содержанием 12-18% белка. По биологической ценности белок этих продуктов не уступает белку дрожжей. Мицелиальная масса содержит меньше нуклеиновых кислот, чем дрожжи. Полученный продукт может служить источником витаминов группы В и гидролитических ферментов.

Ведутся также работы по микробной деградации лигнина, что открывает перспективу получения микробного белка за счет не только целлюлозы и гемицеллюлозы растений, но и лигнина - наиболее прочного полимера клеточной стенки. К сожалению, пока еще не существует высокопроизводительного оборудования для твердофазной ферментации растительного сырья в промышленных масштабах.

Что касается отходов животноводческих ферм, то, подвергая навоз метановому брожению, которое осуществляется в анаэробном процессе ферментации, можно получить биогаз, содержащий 60-65% метана и 30-35% углекислого газа, высококачественное органическое удобрение (твердая фракция), а также богатую азотом, фосфором, калием и другими элементами жидкую фракцию, пригодную для поливки растений.

Установлено, что степень биодеградации органического вещества навоза зависит во многом от содержания лигнина: органика навоза с 10% лигнина во время метанового брожения разрушается на 50-55% с образованием около 400 нм3 биогаза из 1 т сухого вещества, при 20% лигнина - степень биодеградации только 25-27% и выход биогаза вдвое меньше - 200 нм3/т. Продуктивность системы в большой мере зависит от температуры ферментации: в термофильном процессе при 47-55° С продуктивность образования биогаза выше, чем в мезофилъном (при 30-35° С).

Термофильный процесс способствует освобождению навоза от патогенной микрофлоры, паразитов, семян сорняков, но, к сожалению, при этом процессе больше полученной энергии (около 30%) расходуется на поддержание температуры в реакторе. Метан биогаза из навоза дороже природного газа, используемого в народном хозяйстве, однако метановое брожение отходов животноводческих ферм необходимо рассматривать как перспективный технологический процесс, имея в виду защиту окружающей среды и возможность получения высококачественного удобрения.

Другой путь утилизации отходов ферм - их аэробная ферментация, когда через жидкость продувается воздух, что способствует развитию микробов, быстро разрушающих органические вещества. Ферментация в этом случае не дает биогаза, заметно увеличивает энергозатраты на аэрацию, но позволяет наряду с органическим удобрением получать микробный кормовой белок, а сам процесс биодеградации органических веществ идет значительно быстрее, чем при метановом брожении, то есть при анаэробной ферментации. Если жидкую среду обогатить углеродом (метанол, углеводы), то резко увеличивается продуктивность ферментационной системы в расчете на получаемую микробную биомассу.

Таким образом, микробная биоконверсия отходов животноводческих ферм может дать высококачественное удобрение, биогаз, кормовую микробную биомассу и вместе с тем устранить неприятные запахи вокруг ферм, защитить водоемы и почву от загрязнения.

Биогаз как местное топливо способен обеспечивать хозяйства энергией, а это очень важно, особенно в аварийных случаях, когда выходит из строя общая энергосистема.

Превращение полисахаридов грубых кормов, в том числе соломы, в усвояемую для животных форму имеет исключительно важное народнохозяйственное значение. Более того, создание экономически оправданной технологии обработки соломы и других целлюлозосодержащих субстратов может привести к серьезным социальным последствиям. Известно, что при производстве зерна на каждую его топну образуется и тонна соломы, в которой заключено почти столько же энергии, сколько в зерне (сумма полисахаридов в зерне и соломе почти одинакова, только в первом случае это крахмал, а во втором - гемицеллюлоза и целлюлоза). Если, по данным ФАО, мировое производство зерна составляет в год 1600 млн. т, из которых 1000 млн. т идет в пищу человека, а 600 млн. т - в корм животных, то это означает, что мировые ресурсы соломы также составляют около 1600 млн. т. Следовательно, усилия ученых - физиков, химиков, биологов, технологов, специалистов сельского хозяйства - должны быть сосредоточены на эффективном решении задачи: зерно - для питания человека, конвертированная солома - для корма животных (имеется в виду солома, у которой углеводы полисахаридной формы превращены в мономерные, то есть в глюкозу, органические кислоты и др.).

Биологическим путем можно консервировать не только грубые корма. В мировой практике накоплен опыт консервирования влажного зерна как при помощи химических консервантов, так и путем хранения этого зерна (при влажности до 30%) в герметичных емкостях, например траншеях, в атмосфере двуокиси углерода, образующегося в результате дыхания зерна, на что тратится 3^6% его массы. Однако двуокись углерода возникает и в процессах брожения - при получении этанола, производстве пива, анаэробной ферментации отходов ферм.

Таким образом, применение методов биотехнологии в сельском хозяйстве, как это видно на примере биоконверсии растительного сырья, позволяет более полно использовать урожай, уменьшить отходы и потери.

Достоинства комплексной переработки растительных масс ярко видны также на примере переработки крахмального сырья с использованием методов современной биоиндустрии. Успехи энзимной биотехнологии позволяют из крахмала при помощи ферментов амилазного комплекса получить глюкозу, а ее энзиматически можно конвертировать во фруктозу. Таким образом, в принципе решена задача получения сахара из крахмала. Возникает вопрос: какое производство сахара экономически выгоднее - на основе сахарной свеклы или кукурузы? Венгерские специалисты подсчитали, что в условиях их страны при урожае сахарной свеклы 45 т/га и кукурузы 7 т/га сахар из кукурузного крахмала стоит 3,53 форинта за 1 кг, а из свеклы - 5,4 форинта. Комплексная переработка кукурузного зерна с использованием энзиматической конверсии крахмала в сахар и микробной конверсии части сахара в этанол позволяет получить из 1 т кукурузы 0,399 т жидкого сахара с содержанием 71% сухих веществ, 0,112 т абсолютного спирта (этанола), 0,065 т зародышевой фракции, богатой маслом, и 0,224 т кормового протеинового концентрата.

Однако эти способы не лишены недостатков и необходимо их усовершенствование.


3. Способы повышения экологической обстановки на ООО «Велес-Агро»


Общество с ограниченной ответственностью «Велес-Агро» по птицеводству и животноводству (КРС) расположено на хуторе Матвеевский. Предприятие было создано в 2001 году мяса птицы и крупного рогатого скота поставляет на рынок продукты их углубленной переработки: сухой и жидкий яичный меланж, мясные полуфабрикаты, колбасные изделия. Комплекс вспомогательных производств позволяет устойчиво работать в замкнутом технологическом цикле. Здесь занимаются выведением цыплят и выращиванием молодняка. Организовано собственное кормопроизводство. На протяжении 10 лет предприятие добивается неплохих результатов по сохранности птицы. Это стало возможным благодаря высокой культуре производства. В 2006 году в цехе выращивания молодняка установлено клеточное оборудование фирмы VALLI на 145 тыс. птице-мест и полностью автоматизированная система микроклимата. Перешли на использование более экономичных источников света. В 2005 году введено в действие металлическое зернохранилище вместимостью 3000 тонн. Установка яйцесортировальных машин голландской фирмы МОВА (МОВА-3500 и OMNIA-170 XF) в несколько раз повысила качество продукции и обеспечила оперативную сортировку яйца, непрерывную работу яйцескладов. Яйцо может упаковываться в мелкоштучную тару, что дает возможность благополучно донести покупку до дома.

Однако на предприятии существуют проблемы по утилизации твердых и жидких отходов птицеводства, животноводства и зерновых культур.

Твердые отходы птицеводства, животноводства и зерновых культур складируются на территории предприятия, нанося вред находящемуся вблизи поселку, выделяется огромное количество аммиака, значительно превышающее ПДК, а жидкие стоки загрязняют местные водоемы.

Проанализировав ситуацию на ООО «Велес-Агро», считаю целесообразным предложить меры по утилизации и вторичному использованию отходов, образующихся на предприятии.

1. Для предотвращения загрязнения газопылевыми выбросами установить пылегазоулавливающую аппаратуру, обеспечивающую очистку вентиляционного воздуха от неприятных запахов перед выбросом в атмосферу.

2. Листья, ботва, стебли сельскохозяйственных культур, отходы при обработке зерновых культур могут перерабатываться на кормовые концентраты. Содержание в них легко гидролизуемых полисахаридов достаточно велико. Для улучшения кормовой ценности этих отходов желательно измельчение их до размеров менее 1 см.

. Твердые и жидкие фракции отходов птицеводства и животноводства (КРС) использовать для получения удобрений и биогаза по схеме:



Жидкие отходы влажностью не менее 89% (навоз, помет, растительные отходы и др.) готовятся в сборнике исходного сырья (2), затем подвергаются центрифугированию (3) для удаления из них таких включений, как пух, перо, щетина, остатки грубых кормов, солома, и стабилизации жидкой фракции по гранулометрическому составу. Твердая фракция подвергается ускоренному компостированию в биоферментаторе (4) и поступает в помещение для расфасовки (7) для ее дальнейшей реализации.

Жидкая фракция после центрифуги поступает на анаэробное сбраживание в метантенке (5), после чего также направляется в помещение для расфасовки (7). Биогаз, выделенный при сбраживании, накапливается в газгольдере (6) и в дальнейшем используется на собственные и бытовые нужды.

4. Вовлекать отходы птицеводства и животноводства, а также зернового хозяйства для приготовления кормов по схеме:



Предложенный комплекс мер значительно улучшит экологическую ситуацию на предприятии «Велес-Агро» и предотвратит загрязнение окружающей среды.


Заключение


Расширение сферы внедрения биотехнологии изменяет соотношение в системе «человек - производство - природа», повышает производительность труда, принципиально изменят его качество. Биологизация производства в целом - одно из важнейших направлений в создании гибких саморегулирующихся производственных процессов будущего, которые гармонично вписываются в природу, не причиняя ей вреда. В настоящее время последствия антропогенной деятельности достигли такой грани, когда дальнейшая некоординируемая деятельность может привести к не - обратимым изменениям в биосфере в целом. Это может привести к тому, что биосфера станет непригодной для обитания человека. Разрешение это - го противоречия, то есть создание такого равновесия в природе, которое в состоянии привести к гармоничному сосуществованию возрастающего населения планеты и биосферы, возможно только на основе дальнейшего развития науки и техники. Для этого необходимо разумное развитие человеческого общества в целом, направленное не на разрушение биосферы, а на ее дальнейшее развитие. Последнее, в свою очередь, должно оказывать позитивное влияние на дальнейший прогресс человечества, то есть создание ноосферы. Один из основных путей решения данной проблемы - дальнейшее развитие биологии и расширение сферы применения биотехнологии. Внедрение биотехнологии ведет к созданию экологически чистых технологий в различных сферах человеческой деятельности, включая более рациональное использование природных ресурсов и создание замкнутых производственных циклов.


Литература


1.Дабаева М.Д. Эколого-безопасная утилизация отходов: монография / М.Д.

2.Дабаева, И.И. Федоров, А.И. Куликов; Бурят. гос. с.-х. академия. - Улан-Удэ: Изд-во БГСХА, 2001. - 94 с.

.Долгов В.С. Гигиена уборки и утилизации навоза: монография / В.С. Долгов. - М.: Россельхозиздат, 1984. - 175 с.: ил.

.Ильин С.Н. Ресурсосберегающая технология переработки свиного навоза с получением биогаза: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 / С.Н. Ильин. - Улан-Удэ: [б. и.], 2005. - 23 с.

.Ковалев Н.Г. Проектирование систем утилизации навоза на комплексах / Н.Г. Ковалев, И.К. Глазков. - М.: Агропромиздат, 1989. - 160 с.: ил.

.Кривых Л.И. Утилизация отходов с животноводческих комплексов и ферм: практ. руководство / Л.И. Кривых. - Барнаул: РИО АИПКРС АПК, 2005. - 40 с.

.Меркурьев В.С. Пособие по системам сооружений для подготовки и утилизации сточных вод и животноводческих стоков / В.С. Меркурьев, Р.П. Воробьева; Гл. упр. плодородия почв, мелиорации земель и сельхозводоснабжения, НИИ по с.-х. использованию сточных вод. - НИИССВ «Прогресс», Алт. подразделение НИИССВ «Прогресс». - М., 1996. - 76 с.: ил.

.Сидоренко О.Д. Биологические технологии утилизации отходов животноводства: учеб. пособие / О.Д. Сидоренко, Е.В. Черданцев. - М.: Изд - во МСХА, 2001. - 74 с.


Источник: http://bibliofond.ru/view.aspx?id=523940