Анаэробная переработка органических отходов (значительную долю которых составляют биополимеры) с получением биогаза, энергии, удобрений относится к ресурсо и энергосберегающим технологиям.

В настоящее время государство взяло курс на повышение энергоресурсоэффективности экономики страны , в том числе, на сохранение природных ресурсов, на ликвидацию потерь энергоресурсов и повышение эффективности их использования. Энерго, а вслед за ним и ресурсосбережение являются не только хозяйственно-экономической проблемой, но и в значительной степени экологической: для выработки электроэнергии, обеспечения горячим водоснабжением и обогрева зданий сжигается огромное количество топлива. Это приводит, кроме исчерпания одного из видов природных ресурсов, к колоссальным выбросам в атмосферу, к загрязнению почвы, поверхностных и подземных вод. Следовательно, одним из преимуществ повышения энергоэффективности является снижение уровня загрязнения окружающей среды

Экологические аспекты производства биогаза

Экологические преимущества производства и утилизации биогаза имеют как глобальный, так и локальный характер. К глобальным преимуществам относится:

• сокращение потребления ископаемых видов топлива и тем самым продление срока их исчерпания;
• получение практически неиссякаемого источника энергии, так как биомасса (включая биоорганические отходы) постоянно возобновляется;
• отсутствие пополнения парниковых газов в атмосфере и тем самым защита климата.

Метаногенез, как процесс биосинтеза метана, играет важную роль в круговороте углерода в природе. Вовлекая сознательно в этот процесс антропогенные органические отходы и утилизируя затем получаемый биогаз, мы снижаем нагрузку на окружающую среду как за счет ускорения разложения отходов и уменьшения их количества и объема, так и за счет снижения выбросов более сильного, чем двуокись углерода, парникового газа – метана.

Если мы используем в качестве органической субстанции навоз, то мы вообще прекращаем эмиссию метана и закиси азота, которая является обязательным спутником хранения навоза на открытой поверхности (рис. 1). Кроме того, использование навоза для производства биогаза уменьшает выбросы углекислого газа, во-первых, из-за того, что большое количество углерода переходит в метан, и, во-вторых, благодаря замене ископаемых видов топлива. При перевозках переход транспортных средств с бензина и дизельного топлива на биогаз из навоза снижает выбросы СО₂ на 180 % на автомобиль [1] и дает экологический эффект от сокращения выбросов других загрязняющих веществ в густонаселенных регионах даже выше, чем при использовании биогаза для выработки электроэнергии.

Для конкретных территорий основными экологическими преимуществами использования биогазовых технологий являются:

• уменьшение количества отходов и объемов их накопления и, соответственно, загрязнения окружающей среды;
• уменьшение местного загрязнения воздуха благодаря меньшему количеству вредных выбросов по сравнению с ископаемым топливом;
• экологическая безопасность местности, расположенной в непосредственной близости от предприятий агропромышленного комплекса (АПК);
• сокращение содержания органических веществ в отходах и сточных водах;
• экологическая замкнутость производства;
• сокращение территорий, отводимых под хранение и захоронение отходов, а в сельской местности – более рациональное использование сельскохозяйственных угодий;
• повышение плодородия почвы или восстановление нарушенных земель за счет использования переброженного осадка;
• сокращение сроков утилизации животноводческих отходов;
• решение ряда санитарно-гигиенических задач, таких как улучшение эпидемиологической обстановки в результате гибели патогенной микрофлоры, содержащейся в отходах, уменьшение неприятных запахов и т.п.

Например, навоз, один из самых крупнотоннажных видов органических отходов, относится к категории нестабильных органических контаминантов и по данным Всемирной Организации Здравоохранения является фактором передачи более 100 видов различных возбудителей болезней животных и человека [2]. Кроме того, навоз отличается высоким содержанием экологически опасных веществ: аммиака, сероводорода, меркаптана, фенола, солей тяжелых металлов и др. [3] и по уровню химического загрязнения окружающей среды в 10 раз более опасен в сравнении с твердыми бытовыми отходами. На животноводческих комплексах навоза образуется так много, что он зачастую даже не используется в качестве удобрения, а накапливается на территории ферм [8].

При переработке навоза в биогаз и биогумус, помимо выхода товарной продукции происходит также и обеззараживание продукции, так как анаэробное сбраживание обеспечивает дегельминтизацию, потерю всхожести семян сорняков, подавление патогенных форм микроорганизмов, повышение удобрительной ценности обрабатываемого продукта и получение биогаза [4]. Гибель патогенов происходит не только из-за высокой температуры процесса брожения, но и из-за бактерицидного действия летучих жирных кислот, образующихся на этапе ацидогенеза [5].

При очистке сточных вод анаэробным методом образуется гораздо меньше осадка, так как метаногены, в отличие от аэробных микроорганизмов, растут очень медленно и накапливают мало биомассы, потому что реакции образования метана из водорода и углекислоты, хоть и экзотермические, но выход энергии мал [5]. При переработке 1 кг субстрата в аэробных условиях образуется 0,5 кг, а в анаэробных – 0,1 кг ила [6]. Аэробный избыточный активный ил – отход, требующий дальнейших утилизации и захоронения, а анаэробный активный ил – ценный товарный продукт.

Конечным продуктом при производстве биогаза из отходов, как и при очистке сточных вод, также является переброженный остаток – эффлюент, который, будучи эффективным источником питательных веществ для выращивания сельскохозяйственных культур, можно использовать в качестве удобрения [7], заменяя тем самым продукцию нефтехимической отрасли.

Литература

1. Biogas Road Map for Europe. – AEBIOM, European Biomass Association. 2009.
2. Евдокимов А.Н., Татаринов В.М. Инновационная комплексная технология анаэробной переработки и использования отходов индустриального животноводства // ЭСКО, 2009, № 6.
3. Болоцкий И.А., Семенцов В.И., Пруцаков С.В., Васильев А.К., Крюков Н.И. Анализ методов обеззараживания животноводческих стоков и помета с ферм // Ветеринария Кубани, 2008, № 3, с. 22-24 .
4. РД-АПК 1.10.15.02-08 Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета. – М.: Минсельхоз РФ, 2008. – 97 с.
5. Лобанок А.Г., Бабицкая В.Г., Богдановская Ж.Н. Микробный синтез на основе целлюлозы: Белок и другие ценные продукты. – Минск: Наука и техника, 1988. – 261 с.
6. Verstraete W., de Beer D., Pena M., Lettinga G., Lens P. Anaerobic bioprocessing of organic wastes // World Journal of Microbiology and Biotechnology, May 1996, Vol. 12, Is­sue 3, p. 221-238.
7. Han J., Mintz M., Wang M. Waste-to-Wheel analysis of Anaerobic-Digestion-Based Renewable Natural Gas Path-ways with the GREET Model. – U.S. Department of Energy Argonne National Laboratory, Argonne, LLС, 2011, No. ANL/11-6.– 40 р.
8. Foged H.L. Энергия из навоза скота. Положение, технологии и инновации в Дании. – Agro Business Park A/S, Niels Pedersens Alle 2, 8830 Tjele, 2012. – 40 c.