Метанова ферментація стоків свиноферм

Abstract

Свинокомплекси є значним джерелом забруднення навколишнього природного середовища, адже їх діяльність супроводжується утворенням значних обсягів гнойових стоків з високим вмістом забруднювальних компонентів. Вирішення проблеми біотехнологічної утилізації рідких відходів свиноферм сприяло б покращанню не лише екологічної ситуації, але і було б економічно вигідним. Метою роботи було дослідження сучасних методів екологічної біотехнології, а саме метанової ферментації гнойових стоків свиноферм для отримання біогазу та збродженої біомаси у якості добрива. Встановлено, що гнойові стоки піддаються метановій ферментації у безперервному режимі, при температурі 45°С. Метанове зброджування субстрату вологостями 96,1; 93,8 та 91,12 % здійснювали при швидкостях розбавлення 4,2•10-3, 5,0•10-3, 6,3•10-3 год-1. Кількість біогазу, синтезованого з одиниці завантаженої сухої речовини (СРзавант) значно залежить від концентрації та швидкості розбавлення. Максимальне продукування біогазу (220 дм3/кг СРзавант) зафіксовано при швидкості розбавлення 4,2•10-3 год-1. Вміст метану в біогазі становив 70–78 % залежно від концентрації субстрату та умов здійснення процесу, що свідчить про повноцінність використання його як палива. рН культуральної рідини коливалося в межах 7,5–8,5 і не потребувало штучного регулювання. Зниження інтенсивності процесу очищення за хімічним споживання кисню (ХСК) має пряму залежність від вологості субстрату та обернену від швидкості розбавлення. Найбільша ефективність очищення (88,92 %) досягнута при зброджуванні субстрату з максимальною вологістю (96,1 %) та найменшій швидкості розбавлення (4,2×10-3 год-1). У збродженій біомасі було виявлено такі форми вітамінів кобаламінової групи: В12 і фактор ІІІ, що є активними формами вітаміну, а також фактор В – неактивна. Загальний вміст вітамінів значно залежить від характеристик субстрату (типу і концентрації забруднювальних речовин), параметрів ферментації тощо і коливається від 21,23 до 43,74 мкг/г СР.

Pig farms are a significant source of environmental pollution, since their activity is accompanied by the generation of large volumes of concentrated waste and wastewater. Particularly dangerous for the environment are sewage effluents, which are characterized by a high content of contaminants. Therefore, it is urgent to solve the problem of biotechnological utilization of liquid waste of pig farms, which, through the use of biogas, would not only improve the local environmental situation, but would also be economically viable. The purpose of the work is to study modern methods of ecological biotechnology, namely methane fermentation of manure waste from pig farms. This will solve the problem of wastewater disposal, while ensuring the production of a significant amount of biogas and of fermented biomass, which is a fertilizer. The authors determined that the slurry is subjected to continuous methane fermentation at a temperature of 45°C. Methane digestion of the substrate with a moisture content of 96,1; 93,8 and 91,12 % were carried out at the dilution rates of 4,2•10-3, 5,0•10-3, 6,3•10-3 h-1. The amount of biogas synthesized per unit of dry matter loaded (DMloaded) depends largely on concentration and dilution rate. The maximum production of biogas (220 dm3/kg DMloaded) was recorded at a dilution rate of 4,2•10-3 h-1. The methane content of biogas was 70–78 % depending on the substrate concentration and process conditions, which testifies to its full use as fuel. The pH of the culture fluid ranged from 7,5 to 8,5 and did not require artificial regulation. Reducing the intensity of the process of purification by chemical oxygen demand (COD) has a direct dependence on the substrate moisture and reversed the speed of dilution. The highest purification efficiency (88,92 %) was achieved when the substrate was digested with maximum humidity (96,1 %) and the lowest dilution rate (4,2•10-3 h-1). The following forms of vitamins of the cobalamin group have been found in fermented biomass: B12 and factor III, which are active forms of the vitamin, and factor B is inactive, with a large number of them. The total content of vitamins largely depends on the characteristics of the substrate (type and concentration of pollutants), fermentation parameters, etc. and ranges from 21,23 to 43,74 mkg/g DM.

Свинокомплексы являются значительным источником загрязнения окружающей среды, ведь их деятельность сопровождается образованием значительных объемов навозных стоков с высоким содержанием загрязняющих компонентов. Решение проблемы биотехнологической утилизации жидких отходов свиноферм способствовало бы улучшению не только экологической ситуации, но и было бы экономически выгодным. Целью работы было исследование современных методов экологической биотехнологии, а именно метановой ферментации навозных стоков свиноферм для получения биогаза и сброженной биомассы в качестве удобрения. Установлено, что навозные стоки подвергаются метановой ферментации в непрерывном режиме при температуре 45 ° С. Метановое сбраживание субстрата влажности 96,1; 93,8 и 91,12% осуществляли при скоростях разбавления 4,2 • 10-3, 5,0 • 10-3, 6,3 • 10-3 ч-1. Количество биогаза, синтезированного с единицы загруженного сухого вещества (СРзавант) значительно зависит от концентрации и скорости разбавления. Максимальные выработки биогаза (220 дм3 / кг СРзавант) зафиксировано при скорости разбавления 4,2 • 10-3 ч-1. Содержание метана в биогазе составлял 70-78% в зависимости от концентрации субстрата и условий осуществления процесса, что свидетельствует о полноценности использования его в качестве топлива. рН культуральной жидкости колебалось в пределах 7,5-8,5 и не требовало искусственного регулирования. Снижение интенсивности процесса очистки по химическому потреблению кислорода (ХПК) имеет прямую зависимость от влажности субстрата и обратную от скорости разбавления. Наибольшая эффективность очистки (88,92%) достигнута при сбраживании субстрата с максимальной влажностью (96,1%) и малой скорости разбавления (4,2 × 10-3 ч-1). В сброженной биомассе были выявлены следующие формы витаминов кобаламиновой группы: 12 и фактор III, являются активными формами витамина, а также фактор В - неактивен. Общее содержание витаминов значительно зависит от характеристик субстрата (типа и концентрации загрязняющих веществ), параметров ферментации и т.д. и колеблется от 21,23 до 43,74 мкг / г НС.