CC BY
156. Патент № 2372763 (РФ). Средство для предпосевной обработки семян гороха/Н.Е. Павловская, И.Н. Гагарина, В.В. Роговин, Г.А. Борзенкова, В.М. Муштакова, В.А. Фомина. 2009
7. Pavlovskaya N.E., Gagarina I.N. Innovative approach to protein componrnts use in biotechnology/Vestnik OGAU, 2008, №1 (10), P.36-38
УДК 631.861
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ БИОГАЗА
Фролова С.А., Мингалев Д.В., магистранты 2 курса направления подготовки 19.04.01 «Биотехнология» Научный руководитель: к.с.-х.н., доцент Бородин Д.Б. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрено влияние биологически активного препарата Доктор Робик на процесс метанообразования. Установлено что данный препарат увеличивает выход метана в процессе метанообразовании. Так же была исследована зависимость влажности субстрата на выход метана в технологии получения биогаза. Установлено, что повышение влажности субстрата до 80% способствует увеличение выхода метана.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Метан, биогаз, КРС, навоз КРС, биогазовые технологии, препарат Доктор Робик, метанообразование.
ABSTRACT
The article examines the effect of the biologically active drug Dr. Robik on the process of methane formation. It is established that this preparation increases the methane output in the course of methane formation. Also, the dependence of substrate moisture on the methane yield in biogas technology was studied. It is established that an increase in substrate moisture up to 80% contributes to an increase in methane yield.
KEYWORDS
Methane, biogas, cattle, manure cattle, biogas technologies, Dr. Robik preparation, methane formation.
Введение. Биогаз является высококачественным и полноценным носителем энергии и может многосторонне использоваться как топливо в домашнем хозяйстве и в среднем и мелком предпринимательстве для приготовления пищи, производства электроэнергии, отопления жилых и производственных помещений [1,14,20].
В качестве исходного сырья используются отходы крупного рогатого скота, птицеводства, отходы спиртовых и ацетонобутиловых заводов, биомасса различных видов растений [4, 15]. Переработанная биомасса используется для удобрения полей и производства компоста [2,18].
Таким образом, создается система замкнутого цикла: растения - корма (пищевые продукты) - отходы - растения. Такая система обеспечивает сельское хозяйство удобрением и кормами, производство - сырьем и энергией [3,13,19]. При этом не загрязняется окружающая среда, уменьшается использование минеральных источников энергии и выделение газов, вызывающих парниковый эффект [10].
Сокращение запасов традиционных источников энергии, экологические катастрофы, связанные с их добычей и транспортировкой, а также чрезмерное расходование финансовых средств на исправление допущенных ошибок определили поиск и разработку современных биотехнологических процессов, ориентированных на альтернативные возобновляемые энергетические источники, одним из которых является биогаз [6, 7,17].
Биогаз - смесь метана и углекислого газа, - продукт метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения[5, 8,16].
Экономический эффект использования биогаза был подсчитан в 70-80 годы прошлого столетия китайским правительством и получил наивысшую оценку эффективности. Данная оценка демонстрирует проблематику вопроса использования биогаза с непривычной для нас стороны [9,16].
Во-первых, используется внутренний ресурс страны, не требующий государственной поддержки. Во-вторых, сокращается объем закупаемых энергоносителей для потребления на хозяйственно-бытовые нужды примерно на 4 млрд м3 газа в год, что в итоге позволяет экономике Китая быть более независимой в определенных отраслях от мировой конъюнктуры цен на энергоносители, а также добиться повышения благосостояния домохозяйств. И это всего лишь небольшая часть возможной экономии средств только на закупке ископаемых энергоресурсов [12].
Цель исследования - оценка влияния технологических параметров на процесс образования биогаза.
Материалы, методы и результаты исследований. Опыты были проведены в Орловском региональном центре сельскохозяйственной биотехнологии. Мы взяли навоз КРС и проводили его метановое брожение при 37Со в течение месяца. Был проведен подсчёт выхода метана. Это позволило получить обогащенный питательными веществами биоудобрение в сжатые сроки. Подсчет проводили на газоанализаторе белорусского производства ФП-1102. Навоз КРС был помещен в бутылки, емкостью 5 литров. На конце бутылки был клапан с вентелем, для удобства подсчета биогаза. К этому вентелю мы и подсоединяли газоанализатор для определения результатов опыта. Получаемый в результате распада сбалансированный компост является идеальным средством для подкормки и пересадки растений. Простой в использовании Доктор Робик 209 не содержит едких веществ, безвреден для окружающей среды [11].
Таблица 1 - Влияние препарата Доктор Робик и влажности навоза КРС на _процесс метанообразования и выход метана_
№ Варианты опыта Выход метана, %
5 сутки 10 сутки 15 сутки 20 сутки 25 сутки
1 Навоз КРС вл-ть 60% 12,1 18,3 31,5 48,1 53,2
2 Навоз КРС вл-ть 80% 13,8 20,1 36,8 51,2 56,9
3 Навоз КРС вл-ть 60% + Доктор Робик 10г. 12,4 19,4 32,0 49,6 54,6
4 Навоз КРС вл-ть 80% + 14,2 20,6 37,9 53,5 59,8
Доктор Робик 10г.
В результате процесса метанообразования мы получали биогаз, в котором через каждые 5 дней проводили замеры метана газоанализатором белорусского производства ФП-1102. Это необходимо для изучения оптимальных условий метанообразования, для разработки технологической линии производства биогаза и биоудобрений. В опытах мы взяли навоз КРС с разным содержанием влажности 60% и 80% и исследовали метановое брожение, подсчитывая выход метана каждые пять дней. С каждым подсчетом выход метана увеличивался почти в 2 раза, что свидетельствовало об активном метанообразование.
В два варианта опыта мы добавили препарат Доктор Робик по 10г. Как видно из полученных результатов, он способствовал большему выходу метана за такой же
промежуток времени. На 5 сутки наибольший выход метана наблюдался в варианте с применением навоза КРС и доктора Робика в количестве 10г влажность у варианта 80%, это на 2,1% больше чем в варианте с навозом с влажностью 60% и на 1,8% больше чем вариант навоз КРС влажностью 60% и доктором Робиком. Эти результаты показывают, что на 5 сутки при увеличении влажности повышается выход метана в биогазе, также при добавлении микробиологического препарата увеличивается выход метана. Это может происходить за счет действия комплекса микроорганизмов которые находятся в препарате.
На 10 сутки наибольший выход метана наблюдался в варианте с применением навоза КРС и доктора Робика в количестве 10г влажность у варианта 80%, это на 2,2% больше чем в варианте с навозом с влажностью 60% и на 1,2% больше чем вариант навоз КРС влажностью 60% и доктором Робиком. Эти результаты показывают, что на 10 сутки при увеличении влажности повышается выход метана в биогазе, также при добавлении микробиологического препарата увеличивается выход метана.
На 15 сутки наибольший выход метана наблюдался в варианте с применением навоза КРС и доктора Робика в количестве 10 г, влажность у варианта 80%. Содержание метана составило 39,9%, это на 2,6% больше чем в варианте с навозом с влажностью 60% и на 2,3% больше чем вариант навоз КРС влажностью 60% и доктором Робиком.
На 20 сутки наибольший выход метана наблюдался в варианте с применением навоза КРС и доктора Робика в количестве 10 г, влажность у варианта 80%. Содержание метана составило 53,5%, это на 2,5% больше чем в варианте с навозом с влажностью 60% и на 2,3% больше чем вариант навоз КРС влажностью 60% и доктором Робиком. Результаты показывают, что на 20 сутки при увеличении влажности еще больше повышается выход метана в биогазе, также при добавлении микробиологического препарата увеличивается выход метана.
На 25 сутки наибольший выход метана наблюдался в варианте с применением навоза КРС и доктора Робика в количестве 10 г, влажность у варианта 80%. Содержание метана составило 59,8%, это на 2,8% больше чем в варианте с навозом с влажностью 60% и на 2,5% больше чем вариант навоз КРС влажностью 60% и доктором Робиком. Эти результаты показывают, что на 25 сутки при увеличении влажности повышается выход метана в биогазе, также при добавлении микробиологического препарата увеличивается выход метана.
Навоз КРС влажностью 80% с добавлением Доктора Робика показал за одинаковое время наибольший выход метана, это свидетельствует о благоприятных условиях для микроорганизмов и выходу метана.
Навоз КРС влажностью 80% с добавлением Доктора Робика и будет являться более эффективным субстратом для подкормки и пересадки растений.
Выводы. Процесс биоконверсии кроме энергетической позволяет решить еще две задачи. Во-первых, сброженный навоз по сравнению с обычным повышает на 1020% урожайность сельскохозяйственных культур. Объясняется это тем, что при анаэробной переработке происходит минерализация и связывание азота. При традиционных же способах приготовления органических удобрений (компостированием) потери азота составляют до 30-40%. Анаэробная переработка навоза в четыре раза - по сравнению с несброженным навозом - увеличивает содержание аммонийного азота (20-40% азота переходит в аммонийную форму). Содержание усвояемого фосфора удваивается и составляет 50% общего фосфора.
Библиография:
1. Бородин Д.Б. Анализ зависимости различных факторов на продовольственную безопасность страны / Д.Б. Бородин, Павловская Н.Е. // Образование, наука и производство. 2015. № 2 (11). С. 68-89.
2. Бородин Д.Б. Влияние биологически активных веществ на антиоксидазную систему гороха // В сборнике: Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области. Материалы Региональной научно-практической конференции
молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 35-летию Орловского государственного аграрного университета. Министерство сельского хозяйства РФ, Орловский государственный аграрный университет; редколлегия: Парахин Н. В.. Орел: Орел ГАУ, 2010. С. 46-51.
3. Бородин Д.Б. Влияние спиртовой барды на агрохимическую характеристику почвы / Д.Б. Бородин, С.А. Фролова // В сборнике: современное экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты рационального природопользования. I Международная научно-практическая Интернет-конференция, посвященная 25-летию ФГБНУ «Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия». 2016. С. 1865-1867.
4. Бородин Д.Б. Использование малых биогазовых установок в условиях орловской области // В сборнике: Фундаментальные и прикладные исследования -сельскохозяйственному производству. Сборник материалов VIII Международной научно-практической Интернет-конференции. 2016. С. 7-9.
5. Бородин Д.Б. Микробиологическая переработка целлюлозосодержащего сырья биопрепаратом Байкал ЭМ-1 / Д.Б. Бородин, И.А. Гнеушева, В.Н. Дедков // В сборнике: современное экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты рационального природопользования I Международная научно-практическая Интернет-конференция, посвященная 25-летию ФГБНУ «Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия». 2016. С. 3404-3407.
6. Бородин Д.Б. Переработка отходов сельскохозяйственного производства путем вермикультивирования / Д.Б. Бородин, Е.О. Костяшкина, Н.Е. Павловская // В сборнике: Современный агропромышленный комплекс глазами молодых исследователей. Материалы региональной научно-практической конференции молодых ученых. 2012. С. 33-36.
7. Бородин Д.Б. Разработка и применение малых биогазовых установок / Д.Б. Бородин, Ю. Смирнова, Н. Меркулова, Н.Е. Павловская // В сборнике: Современный агропромышленный комплекс глазами молодых исследователей Материалы региональной научно-практической конференции молодых ученых. 2012. С. 36-38.
8. Бородин Д.Б. Результаты испытания активного вещества биогумуса на болезнеустойчивость и хозяйственно-ценные признаки гороха / Д.Б. Бородин, Н.Е. Павловская // В сборнике: Вклад молодых ученых в реализацию приоритетных направлений развития АПК. По материалам региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. 2007. С. 8-9.
9. Бородин, Д.Б. Создание биотехнологических деревень / Д.Б. Бородин, Н.Е. Павловская // В сборнике: Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях. Сборник докладов Четвертой Международной научно-практической конференции. 2012. С. 255-258.
10. Бородин Д.Б. Экономические обоснования получения кормовой глюкозы из зернового сырья / Д.Б. Бородин, И.А. Гнеушева // В сборнике: Развитие инновационного потенциала агропромышленного производства Сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции. 2010. С. 21-23.
11. Губина М. Технологические особенности способов и средств получения биогаза из коммунальных отходов и отходов животноводства / Губина М, Д.Б. Бородин // В сборнике: Сборник материалов по результатам конференций, прошедших в рамках Недели науки. 2010. С. 56-59.
12. Дюжикова О. Перспектива использования биотехнологических способов и средств получения биогаза, применительно к отходам сахарного и спиртового производств / О. Дюжикова, Д.Б. Бородин // В сборнике: сборник материалов по результатам конференций, прошедших в рамках Недели науки. 2010. С. 65-67.
13. Павловская Н.Е. Активация ферментов антиоксидантной системы в проростках гороха под действием вторичных метаболитов грибов рода trichoderma / Н.Е. Павловская, И.А. Гнеушева, И.Ю. Солохина, Д.Б. Бородин, Е.И. Лоскутова, О.Ю. Дюжикова // В сборнике: организация и регуляция физиолого-биохимических
процессов. Межрегиональный сборник научных работ. Воронежский государственный университет, кафедра физиологии и биохимии клетки. Воронеж, 2011. С. 123-127.
14. Павловская Н.Е. Влияние спиртовой барды на агрохимическую характеристику почвы / Н.Е. Павловская, Д.Б. Бородин // В сборнике: Антропогенная эволюция современных почв и аграрное производство в изменяющихся почвенно-климатических условиях. 2015. С. 125-126.
15. Павловская Н.Е. Возможности практического использования биогазовых установок в Орловской области / Н.Е. Павловская, В.А. Виноградов, А.В. Уваров, В.Л. Шалимов, Д.Б. Бородин // сборнике: Биотехнология: состояние и перспективы развития материалы VIII Московского Международного Конгресса. ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2015. С. 306-307.
16. Павловская Н.Е. Методические рекомендации по биомониторингу загрязненности пестицидами и возбудителями болезней овощных культур в условиях защищенного грунта Орловской области / Н.Е.Павловская, И.Ю. Солохина, И.А. Гнеушева, И.Н. Гагарина, Е.В. Костромичева, Д.Б. Бородин, А.В. Лушников. Орел: Орел ГАУ, 2015. 30 с.
17. Павловская Н.Е. Организация производства биологически активных продуктов торговой марки «Рутифлав» / Н.Е. Павловская, И.А. Гнеушева, Е.В. Яковлева, Д.Б. Бородин // В сборнике: Продовольственная безопасность: научное, кадровое и информационное обеспечение. Материалы II международно-технической конференции. Воронежский государственный университет инженерных технологий. 2015. С. 641-644.
18. Павловская Н.Е. Переработка отходов сельскохозяйственного производства путем вермикультирования / Н.Е. Павловская, Д.Б. Бородин, И.А. Гнеушева, Е.О. Костяшкина // В сборнике: Охрана труда 2011. Актуальные проблемы и пути их решения Материалы Всероссийской научно-практической конференции. 2011. С. 33-40.
19. Павловская Н.Е. Экономические расчеты получения рутина из гречихи / Н.Е. Павловская, И.А. Гнеушева, И.В. Горькова, Л.В. Зомитева, Д.Б. Бородин // В сборнике: биотехнология: состояние и перспективы развития материалы VIII Московского Международного Конгресса. ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2015. С. 325-326.
20. Фролова С.А. Создание биотехнологических поселений в РФ / С.А. Фролова, Д.Б. Бородин // В сборнике: Современное экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты рационального природопользования. I Международная научно-практическая Интернет-конференция, посвященная 25-летию ФГБНУ «Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия». 2016. С. 4105-4109.
