ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИООРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ И КОРМОВОГО БЕЛКА ИЗ БИОГАЗА

Наряду с получением кормовых биопродуктов эффективным направлением утилизации отходов производства этанола является получение органоминеральных удобрений с учетом значительного спроса на эту продукцию и сравнительно высокие рыночные цены. Традиционный метод получения удобрения компостированием различных отходов растительного и животного происхождения, а также твердых бытовых отходов, все чаще заменяется более индустриальными методами, основанными на управляемых ферментационных процессах в аппаратурном оформлении. Среди таких методов следует выделить следующие:

  • • вермикомпостирование, метод получения удобрения переработкой отходов культурой дождевого червя Elsenia foetida;
  • • анаэробное сбраживание отходов с получением биогаза;
  • • аэробная ферментация преимущественно жидкофазных отходов с получением биоорганических удобрений.

Как было отмечено ранее, значительное количество жидкого отхода производства этанола — спиртовой барды может быть использовано как на получение белкового продукта, кормового препарата В12, а также при выпуске биоорганического удобрения с высокими удобрительными свойствами.

Спиртовая барда как компонент органоминеральных удобрений

Одним из перспективных способов утилизации спиртовой барды является производство на ее основе биоорганических удобрений и биологически активных удобрительных препаратов. Удобрительная ценность спиртовой барды основывается на ее химическом составе, который включает кроме минеральных солей широкий спектр разнообразных органических компонентов, в частности, низкомолекулярные органические кислоты, являющиеся стимуляторами развития как растений, так и почвенных микроорганизмов.

В табл. 7.1 приведен состав питательных веществ отходов животноводства и птицеводства [204] и спиртовой барды.

Таблица 7.1

Содержание питательных веществ в экскрементах сельскохозяйственных животных и спиртовой барде, % сухой массы

Вид животных, барда

Сырой

протеин

Сырой

жир

Клетчатка

БЭВ

Зола

Куры-несушки

30,5

2,5

14,0

26,5

26,0

Овцы

16,7

5,0

21,0

21,0

21,0

Коровы

19,0

2,0

24,5

37,9

13,6

Откармливаемые бычки (80 кг)

23,0

2,0

21,0

43,0

11,0

Откармливаемые

свиньи

20,0

5,0

25,0

34,0

160

Спиртовая барда

32,8

3,5

20,0

21,0

5,5

Существенное значение для определения норм внесения удобрений и влияния на структуру и состав почв имеет химический состав составляющих биоорганическое удобрение компонентов. В табл. 7.2 приведено содержание основных химических веществ в исследованных образцах спиртовой барды и птичьего помета.

Из данных, приведенных в табл. 7.1 и 7.2 видно, что по содержанию питательных и минеральных компонентов спиртовая барда близка к навозу сельскохозяйственных животных, в частности, по соотношению общего азота и его аммонийной формы, но по общему содержанию сухих веществ она сравнима с животноводческими стоками. Однако между сельскохозяйственными отходами и спиртовой бардой есть существенные различия. Так, содержание низкомолекулярных оксисоединений, в том числе органических кислот в спиртовой барде выше, в барде отсутствуют пахучие и ядовитые для растений вещества, в том числе меркаптаны.

Таблица 7.2

Содержание основных химических компонентов в спиртовой барде и птичьем помете, %

сухой массы

Показатель

Спиртовая барда

Птичий помет

Общий азот

5,5

6,1

Аммонийный азот

0,2

1,4

Общий фосфор

2,7

Калий

1,4

1,7

Кальций

0,2

5,3

Магний

0,6

1,23

Окончание табл. 7.2

Показатель

Спиртовая барда

Птичий помет

Натрий

0,1

0,01

Железо

0,004

0,16

Марганец

0,01

0,04

Цинк

0,01

0,02

В экскрементах животных содержится большое количество микроорганизмов, которые выносятся из желудочно-кишечного тракта. Кроме того, наряду с сапрофитной микрофлорой часто обнаруживается присутствие патогенных микроорганизмов: туберкулезных бактерий, бру- целл, сальмонелл, стафилококков, яиц гельминтов и т. п. [205].

Любая технология переработки отходов животноводства предусматривает прежде всего уничтожение в перерабатываемом материале патогенной микрофлоры, семян сорняков, насекомых и их личинок, уменьшение содержания грибной микрофлоры, освобождения от летучих, пахучих вредных веществ, понижения уровня мочевинной формы азота.

В спиртовой барде отсутствует микрофлора, за исключением остатков дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae, а также сорняки растений, насекомые и их личинки. В настоящее время технология переработки отходов производства спирта, в частности, спиртовой барды в биоорганическое удобрение еще не получила широкого промышленного применения, а находится на стадии научно-исследовательских разработок. С учетом приведенной выше сравнительной характеристики спиртовой барды, помета птиц и отходов животноводческих комплексов можно указать реальные пути утилизации спиртовой барды как компонента биоорганического удобрения.

К традиционным органическим или органоминеральным удобрениям относятся удобрения на основе различного рода навозов, помета домашней птицы, полученные естественным перепреванием органического материала в гуртах или ямах. В процессе перепревания при повышенной температуре разрушаются, трансформируются и испаряются вещества, губительно влияющие на развитие растений, например, меркаптаны, скатолы, мочевина в повышенной концентрации и т. п., значительно снижается уровень патогенной, грибной микрофлоры, погибают семена сорняков, насекомые и их личинки.

Однако естественное сбраживание отходов животноводства и птицеводства, которое еще широко используется в нашей стране, обладает такими недостатками, как большая длительность процесса, необходимость использования больших площадей и антисанитарное состояние территории сельскохозяйственных предприятий. В настоящее время не только крупные, но и мелкие сельские хозяйства переходят на промышленную обработку отходов.

Методы, используемые для обработки навоза, помета и животноводческих стоков, можно разделить на 5 групп: механические, биологические, физико-химические, почвенные и комбинированные.

  • 1. Механические методы предназначены для разделения навоза и помета на твердую и жидкую фракции или для выделения из стоков грубодисперсных примесей отстаиванием, процеживанием, фильтрацией или центрифугированием [206].
  • 2. Физико-химические процессы очистки навозных и пометных стоков включают коагуляцию, флокуляцию, пенную флотацию и гидролиз [207].
  • 3. Почвенная очистка животноводческих стоков, заключающаяся в использовании их в качестве удобрения на земледельческих полях орошения. Стоки на поля вносят с помощью оросительных систем [208].
  • 4. Биотехнологические методы переработки навоза и помета по аэробному и анаэробному способу [209].
  • 5. Комбинированные методы, включающие элементы механической, биологической и физико-химической очистки навозных и пометных стоков [210].

При использовании спиртовой барды совместно с отходами сельского хозяйства с учетом схожести их химического состава применимы все перечисленные выше способы переработки отходов. При этом необходимо принимать во внимание определенные особенности спиртовой барды.

Спиртовая барда является разбавленным водным раствором питательных веществ. В тех случаях, когда нежелательно разбавление перерабатываемого материала водой, применять спиртовую барду не следует. Например, при использовании производства сухого органического удобрения методом сушки, жидкий навоз или помет разделяют на твердую и жидкую фракции отстаиванием, процеживанием, фильтрацией или центрифугированием. Густой осадок высушивают методами низкотемпературной или высокотемпературной сушки [211]. При использовании этого способа спиртовую барду можно добавить на второй стадии к отделенной жидкой фракции, а затем перерабатывать одним из способов, предназначенным для переработки жидких стоков.

Спиртовая барда имеет пониженную кислотность, pH = 4/5, значительное содержание фосфора, 1,5—2,0 г/л, в то время как для нативного куриного помета pH = 7,5^-8,0.

Органическое вещество в экскрементах животных (сумма общего углерода, органического азота, кислорода и водорода) достигает 80,8 %. Оно представлено в основном целлюлозой, лигнином, пентозанами. В связи с этим отношение С : N довольно высокое (18—20), но в смеси экскрементов оно снижается за счет азота мочи до 5—9. Азот в экскрементах птиц содержится преимущественно в составе мочевой кислоты (40—70 %). Доля N-NH% варьирует от 4 до 20 %. Потери азота при переработке или хранении навоза и птичьего помета в помещении или сборных бункерах составляют 30—50 %. Для снижения потерь азота при химическом способе обработке к отходам добавляют фосфорную кислоту и гипс, или мел для связывания выделившегося аммиака. Например, исходный куриный помет с влажностью 76 % и pH = 7,8 смешивают с фосфорной кислотой из расчета 28 г/кг. При этом pH в конечном продукте равен 6,2. Полученную смесь непрерывно подают в многошнековую машину, где предварительно с помощью электроустройства подогревают массу до 150°С, а затем проводят вакуум-отсос паров и газов из сырья с остаточным давлением 180 мм рт. ст., пропуская последние через слой частиц КОН для удаления неприятного запаха продукта [212].

Фосфорная кислота связывает выделившиеся аммиак и оксиды азота после разложения нитратов и нитритов калия и аммония, а также катализирует гидролиз клетчатки до глюкозы. Частицы едкого калия, соприкасаясь с газами и парами, связывают соединения с неприятным запахом (H2S, CH3SH и др.), а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. В данном способе фосфорную кислоту можно заменить спиртовой бардой. При этом наряду с понижением pH полученное удобрение дополнительно обогащается целым рядом питательных веществ.

Ряд химических способов дезодорации предусматривает добавление к свежей навозной жиже 3—15 % порошкообразного карбоната кальция. Для дезодорирования добавляют растворимые соли марганца в количестве 0,001 % [213]. Применение спиртовой барды в этом способе позволяет использовать вместо карбоната кальция более дешевый материал, известь, так как при совместном добавлении спиртовой барды и извести кислотность первоначального сырья не изменяется. Использование солей марганца становится излишним, так как в спиртовой барде содержание марганца (по элементу) достигает 5—7 мг/л.

Выше были приведены примеры применения спиртовой барды в смеси с сельскохозяйственными и бытовыми отходами. В то же время, химический состав спиртовой барды (см. табл. 7.1 и 7.2), позволяет считать этот материал готовым удобрением. В настоящее время наиболее динамично развивающейся областью производства удобрений является производство новых видов удобрительных препаратов, содержащих биологически активные компоненты. К этим препаратам можно отнести многочисленные смеси микроэлементов, таких, как цинк, марганец, медь, железо, молибден, бор, селен и т. п., препараты на основе растительных и синтетических стимуляторов роста растений, например, препараты гиббереллиновых и гуминовых кислот. Появились новые формы бактериальных удобрений. Торговая форма этих препаратов разнообразна: таблетированная и порошкообразная форма, водные раствор и суспензия.

Спиртовую барду можно рассматривать как готовую форму раствора микроэлементов с повышенным содержанием фосфора и калия, а также как готовую форму препарата, содержащего стимуляторы роста растений и почвенных микроорганизмов, в частности, витамины и низкомолекулярные органические кислоты.

Препарат на основе спиртовой барды — 5—7 %-й водный раствор, предварительно подщелоченный гидроксидом калия или аммония и простерилизованный при температуре 80—90°С, — может быть рекомендован к применению в качестве жидкого удобрения.

Относительный недостаток спиртовой барды как готового удобрения — большое содержание связанной формы фосфора в составе нуклеиновых кислот и азота в составе белков. Освобождения связанных форм фосфора и азота можно достичь культивированием на спиртовой барде почвенных микроорганизмов. На первой стадии в спиртовую барду добавляют углеводсодержащий субстрат, сахар или мелассу, бор, хлористый аммоний и культивируют микроорганизмы, разлагающие фосфорсодержащие соединения, например, Bacillus megaterium. При этом разлагаются нуклеиновые кислоты и фосфор переходит в форму аниона РО|~. После отделения фосфортрансформирующих микроорганизмов остается раствор, обогащенный фосфором. Его можно использовать как удобрительный препарат или субстрат для микроорганизмов, разрушающих белки с образованием аммонийной формы азота, например, актиномицеты, ряд видов которых обладают азотфиксирующими способностями. В результате двойного культивирования получается раствор, обогащенный свободными формами фосфора, азота и калия. Такой препарат представляет собой высокоэффективное быстро действующее полноценное удобрение.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >