Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА С ПОЛУЧЕНИЕМ БИОГАЗА И БИОУДОБРЕНИЯ

Есенаманова М.С. 1 Куспангалиева А.Г. 1 Дюсекенова Т.С. 1 Есенаманова Ж.С. 1 Тлепбергенова А.Е. 1
1 Атырауский государственный университет имени Халела Досмухамедова
Эта статья направлена на проведение исследования птичьего помета, образуемого птицефабрикой ТОО «Алмалы кус», на получение из него биогаза и биоудобрений. От одной только птицефабрики ТОО «Алмалы кус» (300 тыс. кур-несушек), расположенной в Атырауской области Республики Казахстан, ежегодно поступает 40 тонн пометной массы и сточных вод с повышенной концентрацией органических компонентов. Исследования проводились с птичьим пометом с различными сроками хранения: свежие, 2–3-месячной и 4-годичной давности. Было проведено три исследования с добавлением воды в различных соотношениях помета и воды – 1:5, 1:3 и 1:1,25. Полученные концентраты по цвету почти все были темно-коричневого, вплоть до черного цвета, и только во втором варианте образовался концентрат светло-коричневого цвета. Как показали исследования, по времени наиболее оптимальными условиями для получения биогаза (массой 75 гр) является использование соотношения помет:вода как 1:1,25, при этом помет должен быть несвежим (по хранению более месяца и несколько лет). В дальнейшем данные концентраты можно использовать в качестве биоудобрений, предварительно разбавив водой до соотношения 1:5.
птичий помет
вода
птицефабрика
биогаз
биоудобрение
1. Абитова Б.К. Птичий помет как экологически чистое сырье и его влияние на пищевой режим почвы и урожайность картофеля // Наука и образование. 2010. № 7. С. 22–28.
2. Ореховская Е.П., Зырина М.И. Эффективность применения птичьего помета. Бюллютень ВИУА. М., 1976. Вып. 32. 118 с.
3. Kurmanov A. The biogas production effectiveness increase // Life Science Journal. 2014. 11(11s). P. 24–29.
4. Есенаманова М.С., Есенаманова Ж.С., Абуова А.Е., Рыскалиева Д.К., Бектемиров Д.С., Рысжан А.Е. Обезвреживание нефтезагрязненных почв биопрепаратами // Современные проблемы науки и образования. 2016. № 6. [Электронный ресурс]. URL: http://science-education.ru/ru/article/viewid=25534 (дата обращения: 21.10.2018).
5. Сапаров А.С., Умбетаев И., Сулейменов Б.У. Влияние жидких комплексных удобрений на урожайность хлопчатника // Научное обеспечение развития агропромышленного комплекса стран Таможенного союза: материалы международной научно-практической конференции (Астана, 8–9 апреля 2010 г.). Астана: Издательство: АО «КазАгроИнновация», 2010. С. 151–154.
6. Reza Ebrahimi Gaskarei. Mineral nutrition of sunflower plants in saline medium. LAP Lambert Academic Publishing, 2012. 156 p.
7. Сапаров А.С., Сулейменов Б.У., Танирбергенов С.И. Эффективность жидких комплексных удобрений // Почвы аридной зоны Казахстана: современное состояние и их использование. Алматы, 2014. С. 392–397.

Увеличение деятельности птицефабрик привело к осложнению экологической обстановки в Казахстане. Известно, что птичий помет является источником развития патогенной микрофлоры и представляет опасность для человека и окружающей среды. Помет является сильным источником загрязнения окружающей среды (почва, грунтовые воды, флора и фауна) и воздействует отрицательно на здоровье и генофонд населения. Поэтому его обычный выброс, захоронение, использование без переработки невозможны. Помет на всех птицефабриках складируется в пометохранилищах и лежит там годами, не утилизируясь [1].

От одной только птицефабрики ТОО «Алмалы кус» (300 тыс. кур-несушек) ежедневно поступает 40 тонн пометной массы и сточных вод с повышенной концентрацией органических компонентов.

В результате осуществления интенсивного развития селского хозяйства в Казахстане ожидается, что в предстоящие 5 лет обьемы производства полужидкого, жидкого новоза/помета, стоков навозных, пометных увеличатся.

С другой стороны, птичий помет является одним из лучших органических удобрений, содержащим все основные питательные вещества, необходимые растениям.

В этой связи разработка низкозатратных, высоэффективных технологий, обеспечивающих гарантированное производство обеззараженных и обезвреженных органических удобрений на основе бесподстилочного помета приобретает важное значение в вопросах повышения безопасности труда обслуживающего персонала и здоровья населения и рентабельности производства [2].

Цель исследования: проведение исследования по получению биогаза и биоудобрений из птичьего помета, образуемого птицефабрикой ТОО «Алмалы кус».

Материалы и методы исследования

Для исследования нами были отобраны 3 пробы органических отходов птицефабрики «Алмалы кус»: 2–3-дневной давности, 2–3-месячной давности, 3–4-летней давности, а также образцы почвы с территории птицефабрики.

Исследования проводились в лаборатории Атырауского государственного университета им. Х. Досмухамедова.

Результаты исследования и их обсуждение

Птичий помет представляет собой сложную и неоднородную структуру, в состав которой входят органические и неорганические соединения. К неорганическим соединениям относят воду, некоторые соединения азота (аммиак, аммоний), меди, фосфора, калия, цинка, кальция, марганца. К органическим соединениям относят азотистые соединения (белки, пептиды, аминокислоты), угдеродные соединения (липиды, глицерины, жирные кислоты,углеводы, в том числе клечатка, сахара, спирты, летучие кислоты, целлюлозолигнин), сернистые соединения (сульфиды). Химический состав птичьего помета может в значительной степени колебаться в зависимости от условий кормления и содержания птицы [3].

Ценность помета как органического удобрения обуславливается, прежде всего, содержанием таких химических элементов, как азот, фосфор и калий. Содержание некоторых элементов и соединений и их состав в пометной массе может значительно меняться в зависимости от условий и продолжительности хранения. Под воздействием микроорганизмов, солнца, воздуха и других факторов с веществами, входящими в состав помета, происходят различные химические превращения, в результате которых одни соединения превращаются в другие, часть из них улетучивается в атмосферу и теряется. Так, при разложении органических веществ помета образуются такие летучие вещества, как углекислый газ, метан, водород, молекулярный азот, органические кислоты и ряд других соединений, которые в свою очередь могут подвергаться дальнейшим превращениям. Свежий птичий помет содержит в расчете на сухое вещество: сырого протеина 30,2–35,6 %, сырой клетчатки – 12,3–14,3, безазотистых экстрактивных веществ – 30,0–37,6, жира – 3,4–5 и золы 11,5–16,6 % [4].

Проект птицефабрики ТОО «Алмалы кус» был реализован в рамках форсированного индустриально-инновационного развития. Птицефабрики – совместный проект СПК «Атырау» (49 %) и КХ «Жигер» (51 %). Предприятие было введено в эксплуатацию в первом полугодии 2015 г. На предприятии установлено германское оборудование для выращивания птиц. Птицефабрика уже сегодня вышла на производственную мощность – более 60 млн яиц в год, а ежедневные отходы (сухие и жидкие) составляют более 40 тонн.

На площадке лаборатории «Биотехнологии» Атырауского государственного университета имени Х. Досмухамедова были получены 3 субстрата куриного помета:

- в первом субстрате использовался свежий помет, который был образован в течение 4 дней;

- во втором субстрате заложен помет 2–3-месячной давности;

- третий составлял субстрат с пометом 4-годичной давности.

Перед помещением в герметическую емкость с ограниченным поступлением кислорода природное сырье было тщательно измельчено на частицы, размер которых не превышал 10 мм и смешано с определенным количеством воды. На различные объемы сырья были использованы различные объемы жидкой составляющей. Используемая вода была питьевой и не содержала примесей. Наличие в составе субстрата воды было необходимо для предотвращения негативного воздействия на бактерии, которое может произойти при попадании веществ из окружающей среды. Как известно, без жидкой составляющей процесс брожения значительно бы замедлялся и снизил эффективность работы. Несколько раз в сутки субстрат тщательно перемешивался, что повысило эффективность его переработки. Таким образом, для производства биогаза нами предприняты действия, которые позволили ускорить процесс природного расщепления органической массы [5].

esen1a.tif esen1b.tif

Рис. 1. Измерение физических параметров при получении субстратов

Таблица 1

Физические параметры субстратов

Состав вариантов-субстратов

Температура, t °С

Плотность, ЕС мс/с

Кислотность рН

I – помет, который был образован в течение 4 дней

21

7,58

7,0

II – помет 2–3-месячной давности

21

7,56

9,5

III – с пометом 4-годичной давности

22

8,60

9,6

IV – почва, которая была взята с территории вокруг птицефабрики

22

2,27

6,6

esen2a.tif esen2b.tif

Рис. 2. Создание условий для разогрева и тщательного перемешивания субстратов

С целью выявления наиболее оптимального соотношения воды и птичьего помета было проведено 3 лабораторных исследования, в которых состав вариантов-субстратов был следующим:

- в первом варианте все субстраты птичьего помета массой 20 г с добавлением воды в количестве 100 мл;

- во втором случае использовали 50 г помета и 150 мл воды;

- третий вариант субстратов состоял из 120 г птичьего помета и 150 мл воды.

При измерении физических параметров воды было выявлено, что температура воды составляет tН2О –17,6 °С, плотность воды ЕС-1030 мс/с. С целью повышения температуры и плотности воды к нему добавляют пищевую соль NaCL массой 2 г, температура которой составила t NaCL –19,5 °С, а плотность ЕС – 6,48 мс/с. В результате реакции диссоциации воды и соли температура изменяется в пределах 21–22 °С, плотность от 2,27 – до 8,60, кислотность от 6,6 – до 9,6.

Результаты полученных субстратов можно увидеть в табл. 1.

Для субстратов были созданы условия для разогрева и тщательного перемешивания их содержимого. Для того чтобы повысить температуру их устанавливали на поверхность электрических плиток, которые в свою очередь располагали на поверхность магнитной мешалки. При этом предварительно колбу плотно закрывали пробкой с отверстием и сверху надевали резиновый шар, который необходим для определения объема газа, образуемого в результате брожения птичьего помета [6].

Через определенный промежуток времени отмечаем увеличение размера резинового шара, что говорит об образовании биогаза в колбах.

В период проведения исследования велось визуальное наблюдение за внешним видом субстратов. В ходе испытаний наблюдалось постепенное изменение цвета и агрегатного состояния содержимого субстратов и снижение аммиачного запаха. Цвет и состояние субстратов свидетельствуют о протекании в них процесса гумусообразования.

Как видно из табл 2–4, проведенные исследования показывают следующее:

– максимальное количество газов образуется в третьем варианте, когда соотношение помета и газа составляет 1:1,25, минимальное при соотношении 1:5;

– по времени образования газа оптимальными являются 1 и 3 варианты, при соотношениях помета к воде 1:5 и 1:1,25, в течение часа наблюдали образование газа;

– по цвету почти все субстраты темно-коричневые, вплоть до черного цвета и только во втором варианте в субстрате свежего помета образовался концентрат светло-коричневого цвета;

– почти у большинства субстратов запах кислый, кроме субстратов свежего помета.

Таблица 2

Результаты исследований первого варианта (масса помета 20 г + вода в количестве 100 мл), в соотношении помет:вода – 1:5

Состав вариантов-субстратов

Цвет

Запах

Время образования биогаза

Объем биогаза (масса шара), гр

I – помет, который был образован в течение 4 дней

темно-коричневый

резкий аммиачный

В течение часа

45

II – помет 2–3-месячной давности

темно-коричневый

кислый

40

III – с пометом 4-годичной давности

темно-коричневый

кислый

35

Таблица 3

Результаты исследований второго варианта (масса помета 50 г + вода в количестве 150 мл), в соотношении помет:вода – 1:3

Состав вариантов-субстратов

Цвет

Запах

Время образования биогаза

Объем биогаза (масса шара), гр

I – помет, который был образован в течение 4 дней

светло-коричневый

резкий аммиачный

В течение 2–3 часов

50

II – помет 2–3-месячной давности

темно-коричневый

кислый

50

III – с пометом 4-годичной давности

черный

кислый

45

Таблица 4

Результаты исследований третьего варианта (масса помета 120 г + вода в количестве 150 мл), в соотношении помет:вода – 1:1,25

Состав вариантов-субстратов

Цвет

Запах

Время образования биогаза

Объем биогаза (масса шара), гр

I – помет, который был образован в течение 4 дней

темно-коричневый

резкий аммиачный

В течение часа

65

II – помет 2–3-месячной давности

черный

кислый

75

III – с пометом 4-годичной давности

черный

кислый

75

К концу испытаний субстраты представляли собой густую жидкость от темно-коричневого до черного цвета, с характерными запахами аммиака и другими неприятными запахами.

esen3a.tif

Рис. 3. Получение фильтрованного концентрата

Все полученные концентраты профильтровали через фильтровальную бумагу и полученные растворы можно использовать в качестве удобрений для полива растений, предварительно растворив их водой, доведя их концентрацию до 1:5 (помет:вода) [7], для этого ко второму варианту необходимо добавить 100 мл воды, к концентрату третьего варианта – 450 мл воды.

Выводы

Результаты проведенных исследований показывают, что наиболее оптимальными условиями для получения биогаза является использование соотношения помет:вода как 1:1,25, при этом помет должен быть несвежим. В дальнейшем данные концентраты можно использовать в качестве биоудобрений предварительно разбавив водой до соотношения 1:5.


Библиографическая ссылка

Есенаманова М.С., Куспангалиева А.Г., Дюсекенова Т.С., Есенаманова Ж.С., Тлепбергенова А.Е. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА С ПОЛУЧЕНИЕМ БИОГАЗА И БИОУДОБРЕНИЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2018. – № 11-1. – С. 85-89;
URL: https://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=12454 (дата обращения: 25.01.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074