Криобиологические сосуды > Сельское хозяйство и биотехнология > Переработка отходов сельского хозяйства

Переработка отходов сельского хозяйства


Еще в начале века было выявлено, что из навоза можно полу­чать горючий газ, а отходы использовать как удобрение. Пред­принимались попытки найти практическое применение этому про-дессу, но в целом интерес к нему был невелик до тех пор, пока нехватка горючего во время войны не заставила обратить на него внимание. С тех пор было сконструировано множество установок для производства метана, но все они имели две основ­ные части:
1) герметичный тэнк или реактор, в котором осуще­ствлялась ферментация;
2) емкость для газа, обычно накопи­тельный плавающий колокол с емкостью, близкой к таковой у реактора.
В 40-х г. простейшие установки этого типа с реакторами емкостью около 10 м3 использовались французами в Северной
Африке, и многие из них продолжали работать как там, так и во Франции до начала 50-х г. В это время в Англии тоже стали выпускать такие небольшие установки для продажи фермерам, но, по-видимому, лишь немногие из них нашли применение.
Простейшие установки периодического действия имеют ряд серьезных недостатков. Основной из них — трудность загрузки, реактора полутвердыми отходами и его опорожнение, которые-обычно проводят вручную. Неудобство заключается и в том, что надо иметь несколько реакторов, процесс в которых нахо­дится на разных стадиях, чтобы сгладить неравномерность в интенсивности образования газа, а также иметь возможность подогревать реакторы до 30—35 °С. Все это, без сомнения, пре­пятствовало широкому использованию генераторов метана на фермах, и от них практически отказались, когда в 60-х годах, было налажено снабжение баллонами с пропаном и бутаном.
Совсем иначе обстояло дело в послевоенной Германии, где были предприняты разработки крупных высокомеханизирован­ных установок. Классическим примером может быть установка. «Bihugas», построенная Ф. Шмидтом в Аллерхопе на ферме площадью 220 акров, где в 1950 г. содержалось 55 голов круп­ного рогатого скота, 180 свиней и 650 кур. По расчетам навоза от этих животных, если смешать его с соломой, было достаточ­но для производства 4,5-104 м3 газа в год. Установка включала несколько цилиндрических подогреваемых наземных реакторов, в которые насосами подавалась взвесь из навоза и резаной со­ломы. Ферментацию проводили непродолжительное время, в те­чение 5—21 сут, когда газ образовывался наиболее интенсивно. Увеличить выход газа путем продолжительной неэкономичной переработки не пытались. Безусловно, работа такой установки была весьма эффективной, но ее размеры и стоимость были таковы, что она могла работать только на самых крупных жи­вотноводческих фермах. Такие крупные установки, несмотря на их эффективность, нередко не выдерживали конкуренции с бо­лее обычными и дешевыми источниками энергии, и ими пере­ставали пользоваться.
Резкий подъем цен на нефть в 70-х гг. вынудил фермеров к экономии, и неудивительно, что при этом вновь пробудился интерес к генераторам метана и эффективным методам перера­ботки навоза. Нефтяной кризис послужил толчком к публика­ции в общедоступной прессе множества статей и заметок, ко­торые призывали наладить производство метана в масштабах: всей страны, на каждой ферме, в каждом доме и даже машине. Такие предложения нередко были сущей чепухой и свидетель­ствовали о неправильном понимании сути дела. Интерес к проблеме сохраняется до сих пор, и в области метаногенной фер­ментации были достигнуты серьезные успехи.
Микробиологические основы процесса
Метанобразующие бактерии являются строгими анаэробами,, и при их исследовании ученые столкнулись с рядом проблем. Это касалось прежде всего их выделения, но сегодня эта зада­ча облегчается тем, что сконструированы удобные установки, где созданы анаэробные условия. В настоящее время изучено' множество таких бактерий, и мы многое узнали об особенностях их метаболизма.
На первой стадии процесса ферментации из растительной и фекальной массы, образуются летучие жирные кислоты (ук­сусная, масляная). Важную роль при этом играют клостридии. Кислоты (за исключением уксусной) служат далее субстратом для группы уксуснокислых бактерий. В конечном счете в ре­зультате совместного действия этих групп бактерий образуются уксусная кислота, водород и углекислый газ, которые являются подходящим субстратом для метанобразующих бактерий. Эти бактерии относятся либо к ацетокластикам (например, Metha-nosarcina barkeri, которая превращает уксусную кислоту в ме­тан и СО2), либо к группе бактерий, использующих водород (например, Methanospirillum hungatei, которая синтезирует ме­тан из водорода и СО2). Взаимоотношения бактерий этих двух групп, а также способы регуляции самого процесса переработки подробно рассматриваются Мозеем (Mosey, 1982).
Современные разработки
Основная проблема, которая возникает на фермах, где содер­жится много животных, заключается в хранении навоза и ис­пользовании его наиболее выгодным образом. Если при этом в качестве побочного продукта будет образовываться метан и затраты на хранение навоза не увеличатся, то фермеры, безу­словно, отнесутся к такой возможности положительно. Однако осуществить эту возможность на практике вряд ли удастся, по­скольку эффективные механизированные установки, предназна­ченные для использования в развитом сельском хозяйстве, весь­ма дороги. В Англии сегодня выпускают реакторы улучшенной конструкции для переработки отходов ферм, но затраты на них едва ли можно компенсировать доходами от производства ме­тана. Для переработки разбавленных промышленных отходов также сконструировано несколько интересных новых типов ана­эробных реакторов, в которых используется принцип псевдо-ожиженного слоя, но здесь основная цель состоит в очистке сто­ков, а не в получении горючего газа.
Многие тысячи простейших реакторов были построены в Ин­дии, Африке, на Дальнем Востоке и в Китаем. Здесь есть кому их обслуживать из-за избытка рабочих рук. Очень трудно, од­нако, оценить, насколько они на самом деле полезны и как дол­го прослужат.