CC BY
22
УДК 504.064.4:658.657.3:662.65
Макишко Л.М. *, здобувач, Малик О. Г. **, д.б.н., професор © *Лъв\всъкый нацюналъныы утеерсытет ветерынарногмедыцыны I бютехнологт
Iмет С. 3. Гжицъкого **Державний науково-дослгдныы контрольный тстытут ветеринарных npena.pa.mie та кормовых добавок
БЮЛОГ1ЧНА УТИЛ13АЦ1Я ШК1ДЛИВИХ ПАРНИКОВИХ ГА31В, ЯК1 ВХОДЯТЬ ДО СКЛАДУ БЮГАЗУ, А ТАКОЖ С1РКОВОДНЮ IАМ1АКУ У ВОД1АСОЦ1АЦ1СЮ БЮЛОГ1ЧНО КОРИСНИХ М1КРООРГАН13М1В
Дослгджено, що бюгаз, якый выдыяетъся гз бюустановкы у герметычныы очысныы прыстрш з водою, насычуе воду асощащею цтных бюлог1чно корысных мЫрооргатзм1в - метаногеннымы I метанотрофнымы формамы, ят здатт утыл1зуваты шмдлывг парныков1 газы б1огазу - метан / вуглекыслыы газ, а також Ырководень, ам1ак.
Ключов1 слова: бюгаз, бюлог1чна утыл1зац1я парныковых газ1в, метанотрофы, метаногены, дегазащя гною.
Постановка проблеми. На сьогодшшнш день вщм1чаеться зростання погол1в'я свиней, яке, в свою чергу, веде до збшьшення викид1в шкщливих парникових газ1в, у тому числ1 метану, вуглекислого газу I оксид1в азоту [ 1 ].
Еколопчна небезпека гною визначаеться концентращею в ньому токсичних сполук, а, зокрема, ам1аку, арководню, меркаптану, фенолу, крезолу I шших [ 2 ]. Свинарство в загальнш структур! тваринництва Украши за об'емом внкнд1в парникових газ1в, а особливо метану I оксиду азоту займае друге мюце. Тшьки один свинарський комплекс на 100 тис. гол1в свиней або комплекс ВРХ на 35 тис. гол1в, можуть дати забруднення, р1вне забрудненню навколишнього середовища, що дае великий промисловий центр з населениям 400-500 тис. ос1б [ 2 ].
Перероблеш в бюгазовш установщ оргашчш добрива з1 свиноферми практично не мають неприемного запаху I е цшними для сшьськогосподарських культур за вмштом поживних речовин. Але вони мають вищий вмкт ам1аку, пор1вняно з первинною сировиною, що обумовлюе проблему пщвищеного видшення ам1аку при внесенш добрив.
Екологи Свропи вважають, що основною причиною азотовмюних кислотних дощ1в е незадовшьна робота з гноем.
Згщно з даними Свропейського Союзу, бшьше 80% ам1аку, що забруднюе атмосферу, 1 10% метану, який руйнуе озоновий шар, надходить ¿з гною при несвоечасному 1х закладанш у грунт, при збер1ганш у вщкритих накопичувачах. [3]. Свинарство в загальнш структур! твриництва Украши за
© Макашко Л.М., Малик. О. Г., 2012
353
об'емами викид1в парникових газ1в (а саме, метану i оксиду азоту) займае друге мкце [ 1 ].
Свинокомплекси потужшстю вщ 4 до 12 тис. гол1в на piK характеризуються валовими викидами забруднюючих речовин на piBHi 7,47 -186,47 т/piK (в тому числ1 без урахування метану - 1,94 - 9,45 т/р1к). За яюсним складом забруднюючих речовин у викидах переважають метан ( 1,26 - 178,25 т/piK, або 13,2 - 95,6% вщ загально! кшькост1 викид1в), пух хутра (0,09 -6,21 т/piK), оксид вуглецю (0,12 - 4,28), дюксин азоту (0,02 - 0,24 т/рш), ам1ак (0,33 -2,87 т/р1к), л1м1туючими специф1чними забруднювачами, що дають вщчуття специф1чних запах1в, е с1рководень (0,09-6,7 т/рк) [ 4 ].
KpiM того, значш забруднення навколишньому середовищу завдають птахофабрики. Проблема утил1заци в1дход1в птахофабрик актуальна i тому, що для i'x зберкання noTpiÖHi велик! пло1Щ земель, а мюця зберкання послщу е джерелом неприемних запах1в, як1 поширюються на велию вщсташ. Птахофабрики змушеш платити велию штрафи за порушення екологп. Люди, яю проживають поблизу птахофабрик, страждають асмою, алерпчними захворюваннями [ 5,6 ].
При технолопчних операщях видалення посл1ду i3 пташниюв, що супроводжуються пщвищенням надходження шкщливих речовин в атмосферу, концентраци забруднюючих речовин на меж1 житлово! забудови перевищують ririeHi4Hi норми за арководнем в 6,7 - 13,7, за фенолом в 1,3 - 1,4 раза, за формальдегщуом - в 13 раз1в, а за дюксином азоту досягали 0,96 ГДК, по пилу - 0,74 ГДК. Впровадження на птахофабриках вдосконалено! системи видалення послщу значно зменшило piBHi забруднення повпряного середовища на меж1 житлово! забудови: до 0,50 ГДК по арководню i фенолу, 0,28 ГДК по дюксину азоту, одночасно спостеркаеться пщвищення концентраци азоту до 0,91ГДК.
За коефщентами небезпеки викцщв окремих речовин дослщжуваш об'екти належать до III - IV класу небезпеки для бшьшост1 птахокомплекЫв потужшстю до 600 тис. бройлер1в/р1к i для найбшьш потужних птахокомплекшв (1,6-2,8 млн.бройлер1в/р1к), що не вщповщае кнуючш саштарнш класифжаци цих об'ект1в, як1 належать до III та I клаЫв небезпеки. Анал1зуючи розрахунков1 приземш концентраци забруднюючих речовин вщ птахокомплекЫв, можна константувати, що л1м1туючими показниками забруднення пов1тря е метилмеркаптан, диметиламш, арководень, дюксин азоту, пуховий пил [ 16 ].
Питания еколопчного характеру активно обговорюеться на м1жнародних переговорах. Одними з таких питань е зобов'язання зменшити викиди парникових газ1в, а також питания про джерела наповнення Зеленого Кл1матичного фонду. Для досягнення ефективно! постКютсько! угоди, в якш також зацкавлена Украша, необхщно докласти зусиль для грунтовного перегляду офщшно! мети 3i скорочення парникових газ1в в Украшг У национальному еколопчному центр! Украши був проведений огляд дослщжень з оцшки потенщалу скорочення викид1в парникових газ1в в Украшг Згщно з отриманими даними, найбшьш комплексним i прозорим е дослщження
354
М1жнародного шституту прикладного анал1зу (HACA). Вщповщно до цього дослщження для Украши можлива стабшзащя викид1в парникових газ1в на PÍbhí - 55% вщ р1вня 1990 року до 2020 року без негативних наслщюв для економ1чного розвитку краши. Таким чином, Украша мае переглянути свою офщшну позицш на м1жнародних переговорах 3Í 3míhh кл1мату, прийняти найбшьш оптимальний BapiaHT компром1су i докласти зусиль щодо попередження проблеми 3míhh кл1мату.
Отже, hobí phhkobí умови вимагають 3míhh ставлення до питань, пов'язаних з рацюнальним природокористуванням i охороною навколишнього середовища в сшьському господарствг Адже мова, по cyri, йде про здоров'я людей i про дбайливий господарський пщхщ до нацюнальних багатств краши. Бшьше того, це питания i майбутнього. Тому в сучасних умовах стан навколишнього середовища багато в чому залежить вщ збереження, еколопзаци сшьськогосподарського виробництва.
Звщси бачимо необхщшсть запровадження нових сучасних технологш, застосування сучасних заход1в з попередження забруднення довкшля, переробки та утил1заци в1дход1в виробництва.
У зв'язку з цим актуальним е питания утил1зацй', переробки гною, послщу таким способом, щоб вони завдавали найменшу шкоду навколишньому середовищу, i навпаки, давали користь у вигляд1 п1двищення якост1 i врожайност1 с1льськогосподарських культур.
Мета роботи: дослщити процес утил1зац11 розчинних шк1дливих парникових ra3ÍB 6iora3y у вод1 очисного пристрою закваскою бактер1й, як1 заносяться туди з б1огазом, а також окремо досл1дити швидк1сть ф1ксац11 газ1в 6iora3y, як1 подаються у надводний npocTip очисного пристрою.
Матер1ал i методи. У процес1 роботи проводили xÍMÍ4He досл1дження вод, у яких визначали рН досл1джувано! води [7], bmíct в Hiñ розчинного кисню [8], в1льних карбонат1в [9] , гщрокарбонат1в [10], bmíct фосфат1в [11 ], ам1аку i йон1в амонш[ 12 ], сульфат1в, [13], арководню i сульф1д1в (в перерахунку на H2S) [ 14 ]. На газовому хроматограф! ЛХМ 8 МД визначали азот i кисень через кожш три дн1. Метан визначали на газовому хроматограф! на протяз1 трьох тиждн1в. Най1нтенсивн1ше брод1ння тривае протягом семи дн1в. Eiora3, який утворився внасл1док брод1ння гною, в мезофшьному режим! при температур! 32 - 34°С проходив по вщвщнш трубц1 у очисний пристр1й (герметичний резервуар з перевареною водою), де очищався з наступним надходженням у накопичувальну емн1сть. При цьому з б1огазом у воду заносяться цшш б1олог1чно-корисн1 м1кроорган1зми, як1 утил1зують шк1длив1 гази у вод1. Очисну герметичну емн1сть з водою п1сля завершения бродшня в1дставляли на очистку води вщ розчинених у Hiñ ra3ÍB i наявних солей м1кроорган1змами на протяз1 тижня часу. В шшому випадку Í3 камери наявний бюгаз подавали в надводний npocTip, де проходив процес фжсаци газ1в з надводного простору.
nociB i диференщацш м1крофлори зд1йснювали на 6a3Í НЛТУ. При цьому було вид1лено таю штами MÍKpoopraHÍ3MÍB: метанотрофи (аероби): Methyloccocus capsulatus, Methylocystis parvus, Methulomonas rubra,
355
Methulococcus termophilus, а також метаногени (анаероби): Clostridium pasterianum, Metanobacterium sp, Metanobacterium sarcinum. 3 них азотфксуючими e: Methyloccocus capsulatus, Methylocystis parvus, Clostridium pasterianum, як1 беруть участь в Kpyrooöiry вуглецю i являються фжсаторами атмосферного азоту. Процес утил1заци проходив при температур! 25° С. Для запобкання шактиваци аборигенних метанотрофних штам1в м1крооргашзм1в потр1бно контролювати очисну воду на наявшсть азоту теля кожного циклу бродшня в лабораторий установщ.
У тому pa3i, коли концентращя азоту у вод1 дуже велика 20-25% бактери шактивуються. Така велика концентращя азоту у вод1 можлива у тому pa3i, коли через одну i ту ж саму воду герметичного очисного пристрою пропускають 6iora3 багатьох цикл1в бродшня.
Щоденно, протягом шести дшв, вщбирали воду з очисного пристрою з метою дослщження бактерш, як1 заносилися бюгазом i працювали у вод1 (фото 1-5). На фото - 6 зображет бактери, яю працюють в атмосфер! газ1в за наявност1 невелико! к1лькост1 р1дини (кшька м1л1л1тр1в).
Результати досл1джень. У таблищ подано результати утил1зацИ шк1дливих газ1в 6iora3y у вод1 очисного пристрою (герметичного резервуару з перевареною водою) закваскою бактерш, як1 заносяться туди з б1огазом.
Таблиця
Швидк1сть утил1зацй' шк1дливих газ1в 6iora3y у вод1 очисного
пристрою бактер1ями, якч були занесен! туди б1огазом.
№ з/п Показник Вм1ст речовин i ra3iB у вод1
0 1 доба 3 доби 6 д1б
1 pH, одинищ pH 5,81± 0,027 5,98±** 0,019 6,2±** 0,037 712±*** 0,021
2 Вм1ст розчиненого кисню, мг 02/дм3 3,7± 0,016 2 3±*** 0,009 2,3± 0,013 6 4±*** 0,025
3 Вм1ст С02, мг/дм3 465,2± 1,296 265,8±*** 0,815 157,8±*** 0,266 29 1±*** 0,043
4 Вм1ст г1дрокарбонат1в (НС03"), мг/дм3 302,2± 1,396 300,2± 0,752 288±** 1,395 263,3±*** 0,991
5 С02, мг/дм3 (г1дрокарбонат1в) 216,5± 1,225 216,5± 0,239 207,7±*** 0,964 190,1±*** 0,62
6 Вм1ст фосфат1в (Р043"), мг/дм3 0,168± 0,0004 0,114±*** 0,0006 0,025±*** 0,0001 0,01±*** 0,0002
7 перерахунок на Р, мг/дм3 0,055± 0,0005 0,037± 0,0005 0,008± 0,0005 0,003± 0,0005
8 Вм1ст ам1аку i ioHiB NH4+, мг/дм3 2,67± 0,011 1 57±*** 0,003 0,658±*** 0,002 0,05±*** ЗЕ-04
9 перерахунок на N, мг/дм3 2,075± 0,007 1,22±*** 0,0063 0,51±*** 0,001 0,04±*** 2E-04
10 Вм1ст сульфат1в (SO42"), мг/дм3 16,1 0,016 17 67*** 0,0642 16,94** 0,0896 -
11 Вм1ст с1рководню i cyльфiдiв ( в перерахунку на H2S), мг/дм3 3,16 0,017 2,05*** 0,0057 1 2*** 0,0059 -
** - P<0,01; *** - P<0,001 за ввдношенням до попереднього досл1ду В даному випадку, через воду пройшов 6iora3 одного циклу брод1ння, який тривав ciM дн1в. П1сля завершения циклу бродшня очисний пристр1й
356
вщ'еднали вщ бюустановки з1 збереженням герметики, де проходила очистка води вщ наявних газ1в I солей бактер1ями, причому рН зростае в лужиу сторону, вуглекислий газ, фосфати, ам1ак (амонш), Ырководень майже повшстю утил1зуеться, а саме кшькють вуглекислого газу зменшуеться у 15,9, фосфат1в у 16,8, ам1аку (амонш) у 53,4, арководню у 2,63, гщрокарбонат1в у 1,57 раз1в.
Згщно з анал1зами газово! хроматограф!! кшькють метану в газовш сумш1, яка надшшла у камеру, теля процесу бродшня, з послщуючою очисткою бюгазу водою I утил1защею метану метанотрофними аеробами у вод1, становила 10%, що може евщчити про те, що в процес1 бродшня метан використовувався у вод1 метанотрофними бактер1ями. С1рководень теля очистки бюгазу водою у очищенш газовш сумш1 повшстю вщеутнш.
На рисунку 1 зображено швидккть утил1зацп у вод1 очисного пристрою вуглекислого газу, амонш (ам1аку), арководню.
- ▲ - 1\1Н3(1\1Н4+), мг/дм3 -■- Н2Б, мг/дм3 —•— С02, мг/дм3
Рис 1. Швидюсть утил1заци у вод1 очисного пристрою вуглекислого газу, амошю (ам1аку), ирководню.
357
Фото1. Мжрофлора першого дня бродшня. Фото 2. Мжрофлора другого дня бродшня.
и 111
Фото 3. Мжрофлора третьего дня бродшня Фото 4. Мжрофлора четвертого дня бродшня
■ ' • ' . . 'л • { - V • * . V . / - А "" ' ' V; ' . . ' ', 1 ' '' ' •: -. 4 у /■,' %
Фото 5. Мжрофлора шостого днябродшня Фото 6. Мжрофлора в атмосфер! газ1в
ЕШ4/Ж &" % 1 к л* > 1 ^ -г . - ? * • ^ % £ •
358
На рисунку 2 зображено швидккть фжсаци азоту, метану та кисню з газово! сумш1 азотфжсуючими I метанотрофними бактер1ями з надводного простору очисного пристрою. В нашому випадку, так як серед газ1в надводного простору присутнш кисень, а також вш присутнш у вод1, дшть аеробш форми м1крооргашзм1в - азотф1ксатор1в, можуть д1яти факультативш анаероби.
5 О 5 О
40 35 30 25
* 20 8 15 ^ 10 5 0
3 6 9 12 15 доби
18 21
1
Рис. 2. Швндкчсть ф1ксащ*1 азоту, метану та кисню з газовоУ cyMirni азотфжсуючими i метанотрофними бактер1ями з надводного простору
очисного пристрою
Висновки
1. Дослщжено, що 6iora3, який проходить очистку водою, насичуе И бюлопчно цшними мжрооргашзмами: метанотрофами (аероби) -Methyloccocus capsulatus, Methylocystis parvus, Methulomonas rubra, Methulococcus termophilus, а також метаногенами (анаероби) - Clostridium pasterianum, Metanobacterium sp, Metanobacterium sarcinum.
2. Дослщжено, що даш мжрооргашзми утил1зують шкщлив1 гази 6iora3y, яю розчиняються у водг
3. Доведено, що очистка води, через яку пройшов бюгаз одного циклу бродшня, бюлопчними бактер1ями здшснюеться на протяз1 тижня часу. Причому метанотрофи працювали в бшьшш Mipi, шж метаногени.
4. Шсля очистки води бактер1ями И можна використовувати в наступних циклах бродшня,так як вщбуваеться нарощування бюмаси бактерш.
5. Шсля утил1заци шкщливих газ1в, очищену воду з бактер1ями, можна вносити у грунт, розводити переброджену масу або застосовувати в наступних циклах бродшня.
6. При дослщженш фжсаци метану з надводного газового простору ми виявили, що даний газ протягом трьох тижшв дослщжень повшстю фжсуеться метанотрофними бактер1ями.
359
7. Виявлено, що на rai зменшенням кисню покращуеться азотфжсуюча активтсть аеробних бактерш - азотф1ксатор1в.
8. Азотфжсащя з газово! cyMimi надводного простору вщбуваеться за наявносп азоту у водному середовищг
Л1тература
1. Кравец I. Еволющя свиноферми або 6iora3 i електрика з гною // Зерно. - № 10, 2010.
2. Доповщь "Про збереження навколишнього природного середовища Росшсько! Федерацп в 2000-2010 роки" / / Зелений свп\ -2000. - № 25. - С. 9.
3. Ткаченко С.П., Ларюшкш СП., Степанов Д.В. Бюконвершя оргашчних вщход1в АПК та еколог1чно збалансован1 технологи // Еколопчний В1сник. - 2002. - № 5-6.- С. 6-7.
4. Махнюк В.М., KipeeBa I.C., Турос O.I, Фещенко i iH. Вплив виробничих об'ект1в свинарства на забруднення навколишнього середовища // TirieHa населених м1сць. - № 57, 2011.
5. Еколопчш проблеми птахофабрик Pocii' i роль б1отехнолог11 в переробщ орган1чних в1дход1в Державна еколопчна ¿нспекц1я у Ки!вськ1й област1. 2012. (новини) http://www.unn.com.ua/ua/news/864798-gpu-dodatkovo-perevirila-diyalnist-makarivskoyi-ptahofabriki,-yaka-bez-dozvoliv-zabrudnyue-atmosferu/
6. Прикш О. Птах1вництво масового ураження // Укра!нський тиждень. -№ 24 (189), 2011.
7. ДСТУ 4077-2011. Як1сть води. Визначення рН.
8. ДСТУ ISO 5813:2004. Яюсть води. Визначення розчиненого кисню, йодометричний метод (ISO 5813:1983, IDT).
9. Строганов Н.С., Бу1нова Н.С. Практичний пос1бник по riflpoxiMii. -М.: вид-во Московського ун1верситету, 1980. - С.69-72. (метод визначення вшьно! вуглекислоти).
10. ГОСТ 23268.3-78. Води мшеральт питн1 л1кувальн1, л1кувально-столов1 i природн1 столов1. Методи визначення гщрокарбонат-ютв ( титрометричний метод). Введ. 01.09.1978. - М.: Вид-во стандарт1в, 1978. - 15 с.
11. ГОСТ 18309-72. Вода питна. Метод визначення вмкту пол1фосфапв. Введ. 28. 12.1972. - М.: Вид-во стандарт1в, 1972. - 1 с.2.
12.ГОСТ 4192-82. Вода питна. Методи визначення мшеральних азотовмктимихречовин . Введ. 25.01.1982. - М.: Вид-во стандарт1в, 1982. - 2 с.
13.ГОСТ 4389 - 72. Вода питьевая. Методи определения содержания сульфатов (3. Турбодиметричний метод).
14. Шицкова А. П. Методи дослщження якост1 води водойм. - М.: Медицина. - 1990. - 114 с. ( метод визначення шрководню).
15. KipeeBa I. С., Махнюк В. М i iH. Ппешчш аспекти проектування сучасних птахАвницьких п1дприемств // TirieHa населених мкць. - № 54, 2009. -С.32-40.
360
Summary
BIOLOGICAL UTILIZATION OF HARMFUL GREENHOUSE GASES THAT IS INCLUDED IN COMPOSITION OF BIOGAS, AND ALSO TO THE SULPHURETTED HYDROGEN AND AMMONIA IN WATER BY THE ASSOCIATION OF BIOLOGICALLY-USEFUL MICROORGANISMS
Investigational, that a biogas that is distinguished from biosetting in an impermeable cleansing device with water satiates water the association of valuable biologically useful microorganism, that form methane and microorganisms that oxidize him, that is able to utilize harmful greenhouse gases of biogas - methane and carbon dioxide, and also the sulphuretted hydrogen, ammonia.
Рецензент - д.вет.н., професор Демчук М.В.
361
