О биотехнологии на животноводческой ферме

Оптимальное решение взаимосвязанных проблем энергии, экологии и производства продуктов питания на животноводческих фермах немыслимо без применения биотехнологии. Особенно это касается использования отходов.
В естественных экосистемах такого понятия, как «отходы», нет. Сложные выделения живых организмов – побочные продукты физиологических процессов – удивительно быстро «разрушаются». Главные их деструкторы – микроорганизмы.
В естественных процессах (в их основе лежит рециклизация биогенных элементов и непрерывные химические превращения) биосинтез сменяется деструкцией-минерализацией.

В биосинтезе органической массы участвует:

• Солнечная энергия (свет)
• Углекислый газ
• Минеральные вещества.

Деструкция биомассы сопровождается выделением в окружающую среду углекислого газа и тепла. В присутствии кислорода и соответствующей влажности часть биологических отходов «сгорает». При этом настолько повышается температуры массы, что все вредные микроорганизмы (возбудители болезней) гибнут.
Рециклизация и животноводческие фермы прошлого

Рассмотренные процессы составляли основу традиционной технологии приготовления компостов. На животноводческих фермах устаревшей конструкции требуется смешивание жидкого навоза с сухим органическим материалом – соломой, торфом – до получения рыхлой и рассыпчатой массы:

• Образующееся тепло выделяется в окружающую среду
• Содержание азота и фосфора в результате деятельности микроорганизмов снижается
• Потери азота доходят до 20–40%
• В процессе приготовления компоста отходы превращаются в безвредное для природы эффективное удобрение.

Рециклизация происходит с возвращением в почву биогенных элементов вместе с органическим удобрением.
Там, где нет кислорода, действуют другие микроорганизмы, которые, частично разрушая органику до минеральных веществ, образуют газовые смеси из метана и углекислоты. Эти процессы происходят в озерах, подводных слоях болот, иле, а также в кишечном тракте животных на ферме.

Разрушение органических отходов

В технических деструкционных системах, которые создаются на животноводческих фермах по аналогии с естественными процессами, органические отходы разрушаются сложными популяциями микроорганизмов до удобрения, отвечающего санитарным требованиям. При этом почти не теряется фосфор и азот. Выделяемый биогаз состоит из метана (примерно 65%), углекислого газа (34%), водорода (менее 1%), азота и сероводорода. Любопытен энергетический баланс процесса:

• 95% энергии, выделяемой органической массой при разложении, превращается в энергию газа
• 2,5% энергии используют микроорганизмы
• 2,5% в виде тепла поглощается окружающей средой.

Первыми разлагаются такие составляющие органического вещества, как жиры, углеводы, белки. Соединения же целлюлозы и лигнина сохраняются почти в первоначальном виде. Реакция среды (pH) полученной органики щелочная, что немаловажно для удобрения близ животноводческой фермы преимущественно кислых почв.
При выделении метана и углекислого газа в субстрате оптимизируются соотношения углерода и азота. Кроме этих элементов в субстрате содержатся «дополнительные» популяции микроорганизмов, которые вместе с питающими их целлюлозой, лигнином, частично минерализованным субстратом создают благоприятные условия для всего сложного сообщества живых организмов. От интенсивной деятельности последних зависит структура почвы, образование и сохранение гумуса, определяющего ее плодородие.

Полезный биоэнергетический комплекс

Эффективность анаэробной деструкции органических отходов оценивается по трем критериям:

• Безвредность для окружающей среды
• Качество субстрата – органического удобрения
• Количество носителя энергии – биогаза.

По аналогии с процессами живой природы животноводческую ферму оснащают специальным биореактором, который как своеобразная матрица, служит основанием для энерго- и ресурсосберегающей технологии. Промышленная биоэнергетическая установка легко перерабатывает 20–25 куб. м навоза и выдает 250–300 куб. м биогаза. Он поступает в генераторы, где энергия биогаза преобразуется в тепло и электроэнергию.
Так создается экологически чистая и экономичная утилизация органических отходов на ферме.