СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ Российский патент 2016 года по МПК C12N1/20 C02F3/32 C02F103/20 C12R1/89 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к интенсивной технологии производства биомассы микроводорослей на отходах животноводческих комплексов, которое может быть использовано на сельскохозяйственных предприятиях для утилизации отходов и получения на их основе ценной по биохимическому составу биомассы, которая эффективно используется в отрасли животноводства и растениеводства.

Известен способ очистки сточных вод животноводческих комплексов (патент РФ №2272792 (13) C1 от 24.11.2004). Способ включает отделение грубых механических примесей, электрообработку в однородном электрическом поле, биологическую очистку с использованием биомассы зеленой водоросли Chlorella vulgaris, выдержанной в режиме голодания в течение 6-10 ч, и обеззараживание очищенной воды после отделения от нее биомассы водоросли путем внесения дафний из расчета 50-60 дафний на 1 л очищенной воды. Технический эффект - повышение степени очистки сточных вод животноводческих комплексов от азотистых соединений и снижение бактериальной обсемененности очищенной воды.

Недостатком способа является высокая длительность технологического процесса, короткий период нахождения микроводорослей в сточных водах (28-36 часов), что препятствует полному поглощению загрязняющих веществ.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности использования отходов агропромышленного комплекса с последующим получением ценной по питательному составу биомассы микроводорослей различных систематических групп, которая может быть использована в качестве биологически активной кормовой добавки для всех видов сельскохозяйственных животных, а также как биостимулятор для роста высших растений.

Техническая задача решается тем, что отходы животноводческих комплексов (сточные воды, навоз, пометная масса) разделяют на две фракции: жидкую и твердую. Жидкая фракция проходит только предварительную механическую очистку от грубых примесей и крупных частиц. Твердая фракция проходит дополнительный этап подготовки, для чего ее смешивают с водой в определенной пропорции с целью получения жидкой питательной среды (таблица 1). Загрязняющие вещества (азот, фосфор, калий, магний, железо и др. элементы), содержащиеся в отходах, переходят в воду под действием осмоса в течение 2-3 дней. После этого полученную жидкость отделяют от обезвоженных отходов через фильтр и используют в качестве питательной среды для различных видов микроводорослей, а обезвоженный субстрат отходов используют в качестве органического удобрения.

Полученной питательной средой заполняют биореактор и начинают процесс культивирования, а именно: подают естественное или искусственное освещение мощностью от 250 Вт/м,² добавляют маточную культуру микроводорослей в количестве 5% от объема биореактора, поддерживают температурный режим от 25 до 35°C, режим pH от 6 до 10 при постоянном перемешивании и в зависимости от вида микроводорослей вносят источник углерода.

Для данного способа используют биореакторы открытого неглубинного типа с освещаемым слоем суспензии не более 10 см.

При соблюдении таких условий микроводоросли поглощают из питательной среды загрязняющие вещества и используют их в качестве ростового субстрата. С интенсивным ростом и делением клеток микроводорослей наблюдается значительное увеличение биомассы и пропорциональное снижение высоких концентраций загрязняющих веществ (азот, фосфор, калий, магний, железо и др.), содержащихся в отходах. По истечении 7-10 суток эти концентрации снижаются до предельно допустимых, либо до нуля, в зависимости от биохимического состава отходов и ассимиляционных способностей микроводорослей.

Следующим шагом является отделение полученного урожая микроводорослей от культуральной среды путем центрифугирования, сепарирования или отстаивания. Затем биомассу промывают питьевой водой и используют в качестве корма сельскохозяйственным животным, рыбам, либо в качестве биостимулятора для роста культурных растений. Очищенная микроводорослями вода из биореактора после отделения микроводорослей может использоваться в хозяйственных целях или для приготовления среды на основе отходов животноводческих комплексов для выращивания микроводорослей.

Сущность способа поясняется следующим примером.

Пример 1. В лабораторных условиях проведен эксперимент по культивированию микроводорослей Spirulina platensis и Chlorella vulgaris из коллекции культур Института биологии южных морей г. Севастополя на сточных водах птицефабрик и стандартной минеральной среде. Сточные воды добавлялись в биореактор в соотношении 1:1 с водой. Были получены накопительные кривые роста микроводорослей и рассчитаны кинетические характеристики всех вариантов эксперимента, проведена их сравнительная оценка. Все рассчитанные значения сведены в таблицу 2.

Анализируя рассчитанные характеристики роста Chlorella vulgaris, следует отметить их явное преимущество при выращивании микроводорослей на сточных водах (культиватор №2), где продуктивность оказалась в 5 раз выше по сравнению со стандартной питательной средой (культиватор №1). Максимальная продуктивность микроводоросли Spirulina platensis также выше в культиваторе со сточными водами в 2 раза. Кроме того, максимальная удельная скорость роста обоих видов микроводорослей при выращивании на сточных водах оказалась выше в 2 раза по сравнению со стандартной питательной средой.

Таким образом, на различных отходах животноводческих комплексов можно получить значительно большее количество биомассы микроводорослей с единицы площади биореактора, чем при использовании стандартной питательной среды. Кроме того, время цикла производства микроводорослей сокращается вдвое, что дает высокий экономический эффект. Микроводоросли используются как ценные кормовые добавки для животных и рыб. Используются также обезвоженные отходы в качестве удобрений и очищенная вода на различные цели.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для утилизации отходов на животноводческих комплексах. Способ утилизации отходов предусматривает смешивание твердых отходов с водой в определенной пропорции в зависимости от вида отходов. Отходы, смешанные с водой, выдерживают в течение 2-3 дней и разделяют на жидкую и твердую фракции. Из жидкой фракции отходов удаляют твердые примеси. Жидкую фракцию разводят водой и используют в качестве питательной среды для микроводорослей, а обезвоженную твердую фракцию используют в качестве биоорганического удобрения. Маточную культуру микроводорослей вносят в количестве 5% от объема биореактора в жидкую фракцию и выращивают при заданных параметрах и постоянном перемешивании. Готовую биомассу микроводорослей отделяют от культуральной жидкости путем центрифугирования, сепарирования или отстаивания и промывают питьевой водой. Изобретение позволяет повысить выход биомассы микроводорослей и сократить сроки культивирования. 2 з.п. ф-лы, 2 табл. 1 пр.

1. Способ утилизации отходов животноводческих комплексов, включающий получение из них питательной среды для выращивания микроводорослей посредством удаления грубых примесей из жидких отходов и смешивания их с водой, культивирование в биореакторе микроводорослей при освещении и постоянном перемешивании и последующее их отделение от культуральной среды, отличающийся тем, что в биореактор вносят маточную культуру микроводорослей в количестве 5% от объема биореактора, используют естественное или искусственное освещение мощностью от 250 Вт/м, поддерживают температурный режим в пределах 25-35°С и рН среды 6-10.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для выращивания на отходах используют высокопродуктивные штаммы микроводорослей Chlorella, Spirulina.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что твердые отходы предварительно смешивают с водой в определенной пропорции в зависимости от вида отходов, выдерживают в течение 2-3 дней, затем полученную жидкость отделяют от твердой фракции и используют в качестве питательной среды для выращивания микроводорослей, а обезвоженную твердую фракцию отходов используют в качестве органического удобрения.