Anaerobic fermentation of chicken manure and methods for intensifying methane output

Abstract

A considerable share in the formation of food security of the population is occupied by the poultry industry, which is one of the most economically attractive and competitive, as evidenced by the annual steady growth dynamics of the production of valuable food products – poultry meat and eggs, characterised by high nutritional value, excellent dietary and taste qualities. The increase in poultry production leads, respectively, to the intensification of production on the one hand, and on the other hand – the accumulation of waste due to an increase in the number of poultry. One of the priority areas for solving the problem of environmental safety in the poultry industry is the processing of animal by-products through enzymatic fermentation, which yields an added energy product and organic-mineral fertiliser, thereby preventing methane emissions into the atmosphere, and therefore global warming. Therefore, the search for ways to intensify the methane output from chicken manure upon anaerobic fermentation, namely by adding various substances, was the purpose of the planned study. The experiment was conducted using laboratory, analytical, and mathematical-statistical methods. According to the results of experimental studies, a positive effect of FeO, Fe2O3 was established, Basidiomycota fungal-based bio-compositions, biologics – Meganit Nirbator, Reduklin T, Reduklin Compost and a complex preparation for activating enzymatic processes in chicken manure on the processes of anaerobic bio-fermentation and growth of methane content (CH4) from chicken manure (in vitro) against the background of an increase in the pH value to 9.05–9.3 with a simultaneous lower level of carbon dioxide (CO2). Best results for increasing the volume of CH4 output from the fermented substrate, by 15.7–18.8%, was observed in variants with a complex preparation for activating enzymatic processes in chicken manure. Application of Basidiomycota fungal-based bio-composition contributes to an increase in methane emissions from the test substrate by 5.4–9.6%, and biologics – Meganit Nirbator, Reduklin T and Reduklin Compost cause an increase in the volume of this gas output, respectively, by 5.6–9.4%, 9.5–14.2%, and 7.1–12%. Adding FeO and Fe2O3 to chicken manure causes an increase in the level of CH4 emissions by 4.1–7.4% and 5.8–11.2%, respectively. Thus, the results obtained indicate the expediency of using the studied substances in the processing of chicken manure in biogas plants to intensify the methane yield, which will minimise the adverse impact of intensive management of the poultry industry on the state of the environment.

Вагому частку у формуванні продовольчої безпеки населення займає галузь птахівництва, яка є однією із найбільш економічно привабливих та конкурентоспроможних, про що свідчить щорічна стійка динаміка зростання виробництва цінних продуктів харчування – м’яса птиці і яєць, що характеризуються високою поживністю, відмінними дієтичними й смаковими якостями. Нарощування продукції птахівництва зумовлює відповідно інтенсифікацію виробництва з одного боку, а з іншого – накопичення відходів внаслідок зростання чисельності птиці. Одним із пріоритетних напрямів вирішення проблеми екобезпеки в галузі птахівництва є переробка побічної продукції тваринного походження завдяки ферментативному зброджуванню, що дозволяє одержати додатковий енергетичний продукт та органо-мінеральне добриво, тим самим запобігаючи викидам метану в атмосферу, а відтак і глобальному потеплінню. Тому, пошук способів інтенсифікації виходу метану з курячого посліду при анаеробному бродінні, зокрема шляхом додавання різних речовин був метою запланованих досліджень. Експеримент проведено із використанням лабораторних, аналітичних і математико-статистичних методів. За результатами експериментальних досліджень встановлено позитивний вплив FeO, Fe2O3 , біокомпозиції на основі грибів Basidiomycota, біопрепаратів — Меганіт Нірбатор, Редуклін Т, Редуклін Компост і комплексного препарату для активації ферментативних процесів у курячому посліді на процеси анаеробної біоферментації та зростання вмісту метану (СН4) з курячого посліду (in vitro) на фоні зростання показника рН до 9,05–9,3 за одночасного нижчого рівня вуглекислого газу (CO2). Найкращі результати щодо підвищення обсягу виходу СН4 із збродженого субстрату – на 15,7–18,8% спостерігали у варіантах із комплексним препаратом для активації ферментативних процесів у курячому посліді. Застосування біокомпозиції на основі грибів Basidiomycota сприяє зростанню рівня емісії метану з досліджуваного субстрату на 5,4–9,6%, а біопрепарати – Меганіт Нірбатор, Редуклін Т та Редуклін Компост обумовлюють збільшення обсягу виходу цього газу, відповідно, на 5,6–9,4%, 9,5–14,2% і 7,1–12%. Внесення у курячий послід FeO та Fe2O3 викликає зростання рівня емісії СН4 на 4,1–7,4% й 5,8–11,2%. Отже, одержані результати вказують на доцільність використання досліджуваних речовин при переробці курячого посліду в біогазових установках для інтенсифікації виходу метану, що дасть можливість мінімізувати негативний вплив інтенсивного ведення галузі птахівництва на стан навколишнього середовища.