Анаеробне бродіння курячого посліду та способи інтенсифікації виходу метану
Анотація
Вагому частку у формуванні продовольчої безпеки населення займає галузь птахівництва, яка є однією із найбільш економічно привабливих та конкурентоспроможних, про що свідчить щорічна стійка динаміка зростання виробництва цінних продуктів харчування — м’яса птиці і яєць, що характеризуються високою поживністю, відмінними дієтичними й смаковими якостями. Нарощування продукції птахівництва зумовлює відповідно інтенсифікацію виробництва з одного боку, а з іншого — накопичення відходів внаслідок зростання чисельності птиці. Одним із пріоритетних напрямів вирішення проблеми екобезпеки в галузі птахівництва є переробка побічної продукції тваринного походження завдяки ферментативному зброджуванню, що дозволяє одержати додатковий енергетичний продукт та органо-мінеральне добриво, тим самим запобігаючи викидам метану в атмосферу, а відтак і глобальному потеплінню. Тому, пошук способів інтенсифікації виходу метану з курячого посліду при анаеробному бродінні, зокрема шляхом додавання різних речовин був метою запланованих досліджень. Експеримент проведено із використанням лабораторних, аналітичних і математико-статистичних методів. За результатами експериментальних досліджень встановлено позитивний вплив FeO, Fe2O3, біокомпозиції на основі грибів Basidiomycota, біопрепаратів — Меганіт Нірбатор, Редуклін Т, Редуклін Компост і комплексного препарату для активації ферментативних процесів у курячому посліді на процеси анаеробної біоферментації та зростання вмісту метану (СН4) з курячого посліду (in vitro) на фоні зростання показника рН до 9,05−9,3 за одночасного нижчого рівня вуглекислого газу (CO2). Найкращі результати щодо підвищення обсягу виходу СН4 із збродженого субстрату — на 15,7−18,8% спостерігали у варіантах із комплексним препаратом для активації ферментативних процесів у курячому посліді. Застосування біокомпозиції на основі грибів Basidiomycota сприяє зростанню рівня емісії метану з досліджуваного субстрату на 5,4−9,6%, а біопрепарати — Меганіт Нірбатор, Редуклін Т та Редуклін Компост обумовлюють збільшення обсягу виходу цього газу, відповідно, на 5,6−9,4%, 9,5−14,2% і 7,1−12%. Внесення у курячий послід FeO та Fe2O3 викликає зростання рівня емісії СН4 на 4,1−7,4% й 5,8−11,2%. Отже, одержані результати вказують на доцільність використання досліджуваних речовин при переробці курячого посліду в біогазових установках для інтенсифікації виходу метану, що дасть можливість мінімізувати негативний вплив інтенсивного ведення галузі птахівництва на стан навколишнього середовища
Ключові слова
галузь птахівництва, побічні продукти тваринного походження, метаногенез, досліджувані речовини, парникові гази
[1] Abbasi, T., Tauseef, S.M., & Abbasi, S.A. (2012). Anaerobic digestion for global warming control and energy generation: An overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 3228-3242. doi: 10.1016/j.rser.2012.02.046.
[2] Abdelsalam, E.M., Samer, M., Abdel-Hadi, M., Hassan, H.E., & Badr, Y. (2015). Effects of CoCl2 , NiCl2 and FeCl3 additives on biogas and methane production. Misr Journal of Agricultural Engineering, 32(2), 843-862. doi: 10.21608/mjae.2015.98656.
[3] Adekunle, K.F., & Okolie, J.A. (2015). A review of biochemical process of anaerobic digestion. Advances in Bioscience and Biotechnology, 6, 205-212. doi: 10.4236/abb.2015.63020.
[4] Ahamed, J.U., Raiyan, M.F., Hossain, M.D.S., Rahman, M.M., & Salam, M. (2016). Production of biogas from anaerobic digestion of poultry droppings and domestic waste using catalytic effect of silica gel. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 13(2), 3503-3517. doi: 10.15282/ijame.13.2.2016.17.0289.
[5] Asgedom, H., & Kebreab, E. (2011). Beneficial management practices and mitigation of greenhouse gas emissions in the agriculture of the Canadian Prairie: A review. Agronomy for Sustainable Development, 31, 433-451. doi: 10.1007/s13593-011-0016-2.
[6] Binkovska, H.V., & Shanina, T.P. (2016). Estimation of greenhouse gas emissions in agricultural waste management systems of Odesa region. Bulletin of N.V. Karazin Kharkiv National University, 14, 91-97.
[7] Bolan, N.S., Szogi, A.A., Chuasavathi, T., Seshadri, B., Rothrock Jr., M.J., & Panneerselvam, P. (2010). Uses and management of poultry litter. World Poultry Science Journal, 66(4), 673-698. doi: 10.1017/S0043933910000656.
[8] Boroday, V.P., Pinchuk, V.O., & Tertychna, O.V. (2017). Promising areas of environmental research in the field of animal husbandry. Agroecological Journal, 2, 44-48. doi: 10.33730/2077-4893.2.2017.220105.
[9] Caro, D. (2019). Greenhouse gas and livestock emissions and climate change. Encyclopedia of Food Security and Sustainability, 1, 228-232. doi: 10.1016/B978-0-08-100596-5.22012-X.
[10] Christy, M.P., Gopinath, L.R., & Divya, D. (2014). A review on anaerobic decomposition and enhancement of biogas production through enzymes and microorganisms. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 34, 167-173. doi: 10.1016/j.rser.2014.03.010.
[11] Demchuk, M.V., Reshetnyk, A.O., & Laiter-Moskaliuk, S.V. (2010). Problems of manure utilization in modern animal husbandry. Scientific Bulletin of S.Z. Gzhytsky Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnology, 12(3(4), 188-195.
[12] Demirel, B., & Scherer, P. (2011). Trace element requirements of agricultural biogas digesters during biological conversion of renewable biomass to methane. Biomass And Bioenergy, 35(3), 992-998. doi: 10.1016/j.biombioe.2010.12.022.
[13] Dere, A.J., Kalbande, S.R., & Khambalkar, V.P. (2017). Recent review on biogas production from different waste. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 6(10), 3452-3457. doi: 10.20546/ijcmas.2017.610.407.
[14] Fudrychko, O.I., Slavianchuk, L.I., & Shevtsova, O.L. (2019). Ecological and economic studies of the use of animal by-products. Balanced Nature Management, 2, 5-11.
[15] Khodorchuk, V.Ya., Aliyeva, I.V., & Martkoplishvili, M.M. (2014). Minimization of greenhouse gas emissions in agriculture. Agrarian Bulletin of the South, 1, 168-173.
[16] Mitkov, B.V., Chorna, T.S., & Mitkov, B.V. (2012). Substantiation of the efficiency of biogas production from livestock waste. Scientific Bulletin of Tavria State Agrotechnological University, 2(5), 215-219.
[17] Monteny, G.J., Groenestein, C.M., & Hilhorst, M.A. (2001). Interactions and coupling between emissions of methane and nitrous oxide from animal husbandry. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 60(1-3), 123-132. doi: 10.1023/A:1012602911339.
[18] Palapa, N.V., Pron, N.B., & Ustymenko, O.V. (2016). Industrial livestock: Environmental and economic consequences. Balanced Nature Management, 3, 64-67.
[19] Pan, J., Ma, J., Zhai, L., & Liu, H. (2019). Enhanced methane production and syntrophic connection between microorganisms during semi-continuous anaerobic digestion of chicken manure by adding biochar. Journal of Cleaner Production, 240, article number 118178. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.118178.
[20] Panchuk, M.V., & Shlapak, L.S. (2016). Analysis of prospects for the development of production and use of biogas in Ukraine. Exploration and Development of Oil and Gas Fields, 3(60), 26-33.
[21] Polishchuk, V.M., Lobodko, M.M., Sydorchuk, O.V., & Polishchuk, O.V. (2013). Influence of methane fermentation regimes on the efficiency of biogas production. Scientific Bulletin of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 185(3), 180-191.
[22] Romero-Güiza, M.S., Vila, J., Mata-Alvarez, J., Chimenos, J.M., & Astals, S. (2016). The role of additives on anaerobic digestion: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58, 1486-1499. doi: 10.1016/j.rser.2015.12.094.
[23] Rubežius, M., Venslauskas, K., Navickas, K., & Bleizgys, R. (2020). Influence of aerobic pretreatment of poultry manure on the biogas production process. Processes, 8(9), article number 1109. doi: 10.3390/pr8091109.
[24] Selivestrova, L.S. (2018). Trends in development and features of the functioning of the market of poultry products in Ukraine. Effective Economics, 1. Retrieved from http://www.economy.nayka.com.ua/?op=1&z=6368.
[25] Shatskyi, V.V., Skliar, O.H., Skliar, R.V., & Solodka, O.O. (2013). Influence of substrate structure on biogas yield during methane fermentation. Works of Tavria State Agrotechnological University, 13(3), 3-12.
[26] Shevtsova, O.L., & Solohub, Yu.O. (2019). Ecological and economic aspects of modern broiler production. Agrosvit, 15, 25-31. doi: 10.32702/2306-6792.2019.15.25.
[27] Skliar, O.V., Skliar, R.V., & Hryhorenko, S.M. (2019). Program and methods of experimental research on a laboratory biogas plant. Bulletin of P. Vasylenko Kharkiv National University of Agriculture, 199, 267-275.
[28] Skliar, R.V., Skliar, O.H., & Milko, D.O. (2018). Features of the process of methanogeneration of bird droppings. Scientific Bulletin of Tavria State Agrotechnological University, 8(2), 2-6. doi: 10.31388/2220-8674-2018-2-6.
[29] Soluk, H.S., Butsiak, V.I., & Butsiak, A.A. (2015). Biotechnology of biogas production from agricultural waste. Scientific Bulletin of S.Z. Gzhytsky Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnology, 17(3(63), 312-319.
[30] Ulusoy, Y., Ulukardesler, A.H., Arslan, R., & Tekin, Y. (2021). Energy and emission benefits of chicken manure biogas production: A case study. Environmental Science and Pollution Research International, 28, 12351-12356. doi: 10.1007/s11356-018-3466-0.
[31] Vorobel, M., Kaplinskyi, V., Klym, О., Pinchuk, V., & Dmytrotska, A. (2021). Reducing greenhouse gas emissions from chicken droppings for the use of inorganic and biologically active substances. Scientific Horizons, 24(10), 28-34. doi: 10.48077/scihor.24(10).2021.28-34.
[32] Wang, F., Pei, M., Qiu, L., Yiqing, Y., Zhang, C., & Qiang, H. (2019). Performance of anaerobic digestion of chicken manure under gradually elevated organic loading rates. International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(12), 2239-2246. doi: 10.3390/ijerph16122239.
[33] Zakharchenko, O.V. (2017). Utilization of waste of natural origin of agrarian formations: Problematic aspect. Bulletin of V.V. Dokuchaev KhNAU, 1, 58-67.
[34] Zeng, R., Ran, X., Wang, Y., Wang, X., Feng, Y., Han, X., Yang, G., & Ren, G. (2021). Effects of two types of adsorptive additives on biogas production characteristics of chicken manure in anaerobic fermentation. Journal of Northwest A & F University-Natural Science Edition, 49(5), 65-73. doi: 10.13207/j.cnki.jnwafu.2021.05.009.
[35] Zhang, W., Wu, S., Lang, Q., & Dong, R. (2013). Trace elements on influence of anaerobic fermentation in biogas projects. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 29(10), 1-11. doi: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.10.001.
[36] Zhukov, B.S. (2016). Modern problems in poultry farming. Innovative developments of students and young scientists in the field of technical service of machines: Materials of the III All-Ukrainian scientific-practical Internet conference in Kharkiv (pp. 21). Kharkiv.
[37] Ziemiński, K., & Frąc, M. (2012). Methane fermentation process as anaerobic digestion of biomass: Transformations, stages and microorganisms. African Journal of Biotechnology, 11(2), 4127-4139. doi: 10.5897/AJBX11.054.