4. Біоконверсна технологія виробництва біологічно активних органо-мінеральних добрив

4.1. Біоконверсний комплекс

Екологічна ситуація, що склалася в країні, вітчизняний та закордонний досвід біологізації сільського господарства та значні витрати матеріальних і енергетичних ресурсів на отримання сільськогосподарської продукції вказують на необхідність розробки і впрова­дження біоконверсних технологій.

Питання подальшої розробки та впровадження науково обґрунтованих рішень отри­мання якісної сільськогосподарської продукції з одночасним зменшенням матеріальних і ене­ргетичних витрат, збереження і відновлення ґрунтів, вирішення проблем забруднення навко­лишнього середовища є вельми актуальними.

До теперішнього часу в сільському господарстві переважала концепція інтенсивного типу виробництва у відкритих екосистемах, які потребують постійного збільшення затрат зо­внішньої енергії.

При такому підході, як правило, зменшується доля використання в господарствах вла­сної первинної продукції і одночасно зростає в енергетичних добавках (електрика, пальне, корми, добрива, пестициди та інше). Все це приводить до того, що такі відкриті системи сут­тєво відрізняються від природних екосистем незбалансованим кругообігом речовини та енергії. При подальшому неконтрольованому постійному збільшенню додаткової енергії для виробництва сільськогосподарської продукції в кінцевому результаті воно може стати енергетичне збитковим, а процес деградації зовнішнього середовища і руйнація екологічних структур – незворотними.

В зв'язку з цим, головними концептуальними положеннями розвитку сільськогосподарського виробництва є:

• стабілізація рівня використання додаткової енергії в межах 15-20 МДж/га;

• підвищення коефіцієнта використання фотосинтетично-активної радіації (ФАР) основними с/г культурами від 1.0-3.0% до 2.5-4.5%;

• підвищення коефіцієнта енергетичної ефективності продукції тваринництва з 0.032 до 0.062 (Дж/кг сухої речовини);

• висока ступінь збалансованості у виробництві кругообігу речовини і енергії по ти­пу природних екосистем;

• максимальне виробництво продукції при умові обмежень по її питомій енергомісткості, збереженні родючості ґрутів та допустимого рівня екологічної безпеки.

Аналіз стану різних варіантів організації і ведення сільськогосподарського виробництва в США, в країнах Західної Європи, Японії та дослідження, які проводились в країнах СНД і в Україні, показу­ють, що в умовах всезростаючого впливу таких лімітуючих факторів, як білок і енергія, од­ним із основних факторів налагодження ефективного і екологічно безпечного виробництва можуть стати багатогалузеві господарства із замкнутим циклом переносу біомаси і енергії – так названі біоконверсні комплекси

Біоконверсний комплекс (БК) — це екобіотехнологічна замкнута система виробництва сільськогосподарської продукції при мінімальних матеріально-технічних та енергетичних затратах з використанням відновлюваних джерел енергії при стабільній екологічній обстановці довкілля. Прин­ципова схема повномасштабного біоконверсного комплексу приведена на: (рис. 1.)

Слід зауважити, що сучасне сільськогосподарське виробництво базується на викорис­танні мінеральних добрив, виробництво яких в світі перевищило 100 млн. т в рік. Це стало одним з істотних факторів, які дозволили збільшити врожай сільськогосподарських культур в 2-3 рази за останні 20-30 років. Однак, несистематичне використання добрив в високих дозах в районах інтенси­вного ведення сільського господарства призводить до серйозних порушень в природному се­редовищі.

Опосередковані затрати енергії в вирощуванні різних культур у нашій країні станов­лять від 40 до 72%. У провідних країнах світу на них припадає така сама частка, але повні енерговитрати значно нижчі. Найбільш енергоємкими є мінеральні добрива і пестициди. Ви­робництво 1 кг діючої речовини азотних добрив потребує 86.6 МДж енергії (2.9 кг умовного палива, фосфорних - 12.6 МДж (0.43 кг у.м.), калійних - 8.3 МДж (0.3 кг у.м.), а отрутохімі­катів - понад 400 МДж (14.3 кг у.м.)).

Як альтернатива мінеральним добривам є органо-мінеральні суміші виробництво яких базується на біоконверсних технологіях з використанням нетрадиційних джерел енергії - це зумовлює, при ведені біологічного землеробства сільськогосподарських підприємствах:

• прискорення біохімічних процесів репродукції постійного гумусу (гумінових кис­лот, гумінів і гумінових речовин) та проміжних продуктів (уринових кислот, хітонів та їх похідних, органічних кислот, амінокислот та інших активних кислот) за рахунок використання промислових біотехнологій виробництва біологічно актив­них гуміновміщуючих органічних добрив на основі мікробіологічної ферментації і вермикомпостування відходів рослинництва і тваринництва, також використання органо-мінеральних добрив в якості замінника мінеральних добрив і відновлювана корисної мікрофлори ґрунту при приорюванні соломи та інших органічних реш­ток;

• зниження матеріально-технічних і енергетичних затрат в 1.2-1.3 рази;

• застосування комбінованих агрегатів одночасного посіву і локального внесення органо-мінеральних добрив.

Застосування агробіотехнології і сучасної техніки в рослинництві дозволить отримати приріст врожаю в порівняні з традиційною технологією від 11 до 20% та збільшити мікробіо­логічну активність ґрунту в 1.5-2.0 рази.

Рівень інтенсифікації технології за рахунок впровадження біоактивних (органо-мінеральних добрив і поєднання технологічних операцій посіву і локального внесення нового типу добрив скла­дає 51.1%, що свідчить про високу ефективність даних заходів. Питомі витрати енергії на отримання одиниці продукції зменшуються практично вдвічі (0.75 проти 1.538 ГДж/т), а зна­чення коефіцієнту енергетичної ефективності досягнуто до 3.45. Результати науково-дослідних робіт які проводились рядом наукових організацій на протязі останніх років свідчать про можливість отримання сталих високих врожаїв с.г. культур на основі використання вітчизняних індустріальних технологій з введенням технологічних операцій по внесенню біологічноактивних гуміновміщуючих органо-мінеральних добрив з одночасним зменшенням негативного впливу на навколишнє середовище і частковим відновленням родючості ґрунту.

Враховуючи перспективність і актуальність даної науково-дослідної розробки проведеного споживчим товариством „Вибір” м. Київ на ВАТ „ТЕМП” м. Черкаси був виготовлений експериментальний зразок біоконверсного комплексу БК-1, який змонтований і запущений в експлуатацію в ВАТ „Птахопідприємство” с. Дрозди Київської області.

Біоконверсний комплекс технологічна схема зображена на (рис. 2) складається з двох блоків:

• Установки для інтенсивної мікробіологічної ферментації органічної маси (гній ВРХ і свиней, пташиний послід, сапропель, мул, відходи харчового та крохмального виробництва і т. інш.) УМБФ-25.

• Установки для виробництва біологічно-активних мінеральних добрив УГД-5.

Результати випробувань приведені в протоколі функціональних випробувань біоконверсного комплексу БК-1 [21].

Установки УМБФ-25 і УГД-5 можуть працювати як в автономному режимі так і в комплексі, в залежності від поставленої задачі товаровиробником.

Особливості біоконверсного комплексу полягають в тому, що конструкція технічних засобів, а також їх модульність дозволяє застосовувати гнучкі технології виробництва біологічно-активних органо-мінеральних добрив і кормових добавок в залежності від потреб товаровиробника. Крім того, конструкція мікробіологічного реактора (ферментера) дозволяє виготовляти біостимулюючу сировину для виробництва органо-мінеральних добрив, а також субстрат для вермигосподарств та вирощування в закритих екосистемах грибів.

При цьому додатково одержують біопаливо у вигляді біогазу в якому 65% становить метан (СН₄), використання якого в технологічному процесі суттєво знижує затрати на виробництво продукції.

Технологічний процес виробництва біоактивних органо-мінеральних добрив (БА ОМД). здійснюється так. Відходи органічного походження (рідкий пташиний послід) пропускають через відокремлювач механічних включень на якому відокремлюються сторонні предмети неорганічного походження, а чиста технологічна маса подається в ємкість-накопичувач з якого шнековим насосом 8 через дозатор 2 в залежності від технологічного регламенту закачується в біореактор 3, де відбувається мікробіологічна ферментація в результаті якої проходить розкладання складних органічних речовин на більш прості форми, утворення біогазу – власного джерела енергії, знезараження посліду від яєць гельмінтів, заглушення схожості насіння бур’янів. Біогаз, що утворюється збирають у газольдері, а відокремлювану масу подають на мокрий фільтр де проходить вловлювання пилу, що надходить із сушарки 14 з газами, які відходять. Після мокрого фільтра масу насосом подають на прес-фільтр 6, де вона розділяється на згущену частину і фугат. Згущена маса – висококонцентрована біологічно-активна сировина подається в бункер-накопичувач 10 для подальшого використання в технологічному процесі виробництва БА ОМД.

Фугат через біофільтр 7 подається в ємкість-накопичувач для повторного використання у технологічному процесі, або для підкормки с.г. рослин.

Відферментована згущена маса та органо-мінеральні компоненти, які проходять попередню обробку на подрібнювачі-сепараторі 9 з метою відокремлення сторонніх предметів та отримання однорідної маси по фракційному складу, подають в змішувач 11.

Суміш, заданої вологості подається на гранулятор 12, гранули підсушуються на сушарці 14 і подаються на неї норією 13. Сухі охолоджені гранули накопичуються в бункері фасувальника 15.

Готова продукція затарюється в спеціальні мішки і відправляється на склад готової продукції.

Технологічна схема раціональна і з огляду на одержання якісного добрива із заданими високоякісними і ефективними параметрами і з огляду на енергозбереження за рахунок використання метану, який виділяється при ферментації органічної маси (посліду) в анаеробних умовах у біореакторі. Техніко-економічна характеристка біоконверсного комплексу приведено в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1