книги2 / konf_15-24

Электронный архив УГЛТУ

Научная статья

УДК 631.86 631.854.2

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА

Артем Владимирович Тихонов1, Лев Алексеевич Старыгин2, Инна Геннадьевна Первова3

1, 2 ООО «Уральская многоотраслевая компания «РЕГИОН», Екатеринбург, Россия 3 Уральский государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия

1artem.artyom.tikhonov@mail.ru

2starygin@inbox.ru

3pervovaig@m.usfeu.ru

Аннотация. В статье на основании анализа преимуществ и недостатков доступных технологий в области утилизации и обезвреживания отходов птицеводства показана перспективность экобиозащитного метода биотехнологии – аэробного биотермического компостирования с получением ценного органического удобрения.

Ключевые слова: переработка отходов птицеводства, наилучшие доступные технологии, биотехнология компостирования

Original article

REVIEW OF ACTUAL TECHNOLOGIES IN THE PROCESSING

AND USE OF POULTRY WASTES

Artyom V. Tihonov1, Lev A. Starygin2, Inna G. Pervova3

1, 2 Ural Diversified Company «REGION» Co. Ltd, Yekaterinburg, Russia

3 Ural State Forest Engineering University, Yekaterinburg, Russia

1artem.artyom.tikhonov@mail.ru

2starygin@inbox.ru

3pervovaig@m.usfeu.ru

Abstract. Based on the analysis of the advantages and disadvantages of available technologies in the field of utilization and neutralization of poultry waste, the article shows the prospects of an ecofriendly method of biotechnology – aerobic biothermal composting with the production of valuable organic fertilizer.

© Тихонов А. В., Старыгин Л. А., Первова И. Г., 2024

601

Электронный архив УГЛТУ

Keywords: poultry waste processing, best available technologies, biotechnology of composting

В настоящее время предприятия животноводства и птицеводства – мо- лочно-товарные фермы, свинокомплексы и птицефабрики – из-за достаточно высокой токсичности отходов и значительных объемов их образования, изношенности конструкций навозо- и пометохранилищ, несвоевременности сбора и вывоза отходов в места утилизации и обезвреживания представляют собой серьезную угрозу для окружающей среды и экологической безопасности территорий. Вместе с тем агропромышленный и животноводческий комплексы являются немаловажным источником вторичных ресурсов для дальнейшей утилизации в целях производства продукции и получения энергии.

При переработке органические отходы (например, птичий помет), используя наилучшие доступные технологии (НДТ) для обработки, утилизации и обеззараживания, могут быть превращены в ценный полезный продукт – органическое удобрение, внесение которого способствует не только высокой урожайности, но и восстановлению плодородия почвы. Однако до настоящего времени основной нерешенной задачей на федеральном и региональном уровнях остается разработка и внедрение инновационной технологии повторного вовлечения в хозяйственный оборот значительных объемов утилизируемых компонентов отходов птицеводства, что обеспечит уменьшение площадей сельскохозяйственных земель, задействованных под размещение отходов. Следует также учесть, что переработка органических отходов является самым лучшим способом превращения их из весьма опасных источников загрязнения объектов окружающей среды во вторичное востребованное сырье для изготовления полезной продукции и получения энергии.

Целью данного исследования является анализ-сравнение современных методов переработки органических отходов в Российской Федерации, направленное на выбор перспективной наилучшей доступной технологии утилизации и обезвреживания отходов птицеводства.

Переход птицеводческих предприятий на более интенсивные технологии производства птицы способствовал росту выпуска продукции. За последние три года производство птицы (в живом весе) сельскохозяйственными организациями РФ увеличилось на 5,1 %, с одновременным увеличением объемов образующихся отходов, в частности помета куриного, на 14 % (рис. ниже).

При определении технологии, в том числе технологического оборудования, в качестве НДТ учитываются следующие критерии, установленные действующим законодательством Российской Федерации [1]:

экономическая эффективность внедрения и эксплуатации;

применение ресурсо- и энергосберегающих методов;

602

Электронный архив УГЛТУ

ток можно провести активное компостирование в буртах. Хотя для этого метода также характерна длительность процесса и наличие загрязнения окружающей среды продуктами биоразложения, процесс компостирования возможно оптимизировать при помощи добавления углеродсодержащих субстратов (торфа, соломы, опилок и т. д.).

4.Биоферментация в установках камерного типа способствует губительному влиянию на личинки и куколки мух, яйца гельминтов и патогенную микрофлору вследствие повышения температуры в перерабатываемой массе органики свыше 60 °С. Основным препятствием для широкого внедрения этой технологии является отсутствие возможности непрерывного ведения процесса биоферментации и активного перемешивания органической массы для достижения однородности и необходимой структуры.

5.В отличие от описанного выше метода биоферментация в установках барабанного типа позволяет за счет вращения корпуса биоферментатора избежать большинства проблем и обеспечить большую стабильность процесса

иравномерное созревание компоста. В связи с этим к недостаткам технологии можно отнести высокие энергетические затраты и, как следствие, более высокие эксплуатационные затраты, а также сложность и металлоемкость конструкции.

6.Сжигание обладает высокой производительностью, позволяет существенно снизить объемы отходов и затраты на их дальнейшее размещение [5]. Однако работа дорогостоящих установок по переработке помета путем прямого сжигания сопровождается такими проблемами воздействия на окружающую среду, как летучесть зольно-шлаковых компонентов и выбросы токсинов.

7.Альтернативой прямому сжиганию может служить метод термической сушки помета с последующей грануляцией, который при высоких температурах способствует не только обеззараживанию помета куриного свежего, но и получению удобного для транспортировки сыпучего вещества, не имеющего неприятного запаха.

8.В основу анаэробной обработки заложены процессы сбраживания

иразложения органических веществ под воздействием анаэробных метаногенных ассоциаций бактерий. Для применения данной технологии не требуются значительные объемы хранилищ, снижаются выбросы парниковых газов в атмосферу, а переработанные отходы используются как удобрения. Однако существенным недостатком этой технологии является неэффективность в холодное время года, невозможность обработки пастообразного клеточного помета, а также необходимость дорогостоящей аэробной доочистки стоков, выходящих из метантенков.

На данный момент, согласно реестру заключений государственной экологической экспертизы [6], положительные заключения Федеральной службы по надзору в сфере природопользования выданы на следующие НДТ для обезвреживания органических отходов: компостирование, инсинерацию

604

Электронный архив УГЛТУ

(сжигание) биологических материалов и технологию получения удобрения путем обработки микробиологическим препаратом, компостирования и дозревания продукта.

При этом стоит учесть, что только в ряде регионов России функционируют крупные предприятия по утилизации и обезвреживанию куриного помета свежего, использующие НДТ получения товарной продукции (согласно данным Реестра предприятий, имеющих лицензию на деятельность по сбору, транспортированию, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов I–IV классов опасности [7]): в Приволжском федеральном округе – 5 предприятий, Уральском федеральном округе – 2 предприятия, Южном федеральном округе – 5 предприятий, Северо-Кавказском федеральном округе – 1 предприятие и в Дальневосточном федеральном округе – 1. Большинство из них используют компостирование и сжигание.

Уровень использования и объем технологий, прошедших все процедуры, необходимые при регистрации установок по переработке отходов птицеводства, на российских промышленных предприятиях очень низок из-за высоких капитальных вложений и расходов на эксплуатацию, а также в связи с недостаточно развитым рынком потребления конечного продукта утилизации (органоминерального удобрения) по сравнению, например, с калийными удобрениями.

Выходом из данной ситуации по утилизации и обезвреживанию отходов птицеводства может быть развитие биотехнологического направления, а именно аэробного биотермического компостирования, при использовании которого не только отходы органического происхождения обезвреживаются

ипревращаются в ценное органическое удобрение (биогумус, компост), но также возможно получение биогаза, твердого топлива. За счет модернизации

иусовершенствования, основанных на твердофазной аэробной ферментации в установке барабанного типа, будет достигнуто также и снижение негативных воздействий на окружающую среду:

1)при использовании данного способа нежелательные последствия, связанные с химически активным азотом, поступающим в биосферу в процессе переработки помета куриного сведены к минимуму за счет возможности улавливания выбрасываемых загрязняющих веществ в атмосферный воздух;

2)в процессе аэробной твердофазной ферментации затраты на поддержание оптимальной температуры для протекания реакции минимальны, т. к. подогрев пометной массы необходим только на начальном этапе, затем утилизируется тепло, выделяемое при биоразложении органических компонентов;

3)при приготовлении сырья для успешного протекания ферментации к исходному сырью (помету куриному) можно добавлять различные отходы деревообрабатывающей промышленности, что будет способствовать и их утилизации.

605

Электронный архив УГЛТУ

Таким образом, сравнив наилучшие доступные технологии в области утилизации и обезвреживания отходов птицеводства, считаем перспективным направлением развитие российской биотехнологии аэробного биотермического компостирования, которое является экобиозащитным процессом обезвреживания, поскольку и сама технология, и полученный конечный стабильный гумифицированный продукт становятся менее опасными для окружающей природной среды, продукт представляют собой ценное органическое удобрение.

Список источников

1.Об утверждении Стратегии развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 года : распоряжение Правительства РФ от 25.01.2018 N 84-р (ред. от 13.10.2022) // Правительство Российской Федерации : [сайт]. URL: https://clck.ru/ajU5X (дата обращения: 28.09.2023).

2.Официальная статистика. Раздел «Окружающая среда» // Федеральная служба государственной статистики : [сайт]. URL: https://rosstat.gov.ru/folder/11194 (дата обращения: 28.09.2023).

3.Информация об образовании, обработке, утилизации, обезвреживании, размещении отходов производства и потребления // Федеральная служба по надзору в сфере природопользования : [сайт]. URL: https://https.rpn.gov.ru/open-service/analytic-data/statistic-reports/production- consumption-waste/ (дата обращения: 30.09.2023).

4.ИТС 42-2017 «Интенсивное разведение сельскохозяйственной птицы». М. : Бюро НДТ, 2017. 129 с.

5.Инновационные способы переработки биоотходов птицеводства / В. Н. Попов, О. С. Корнеева, О. Ю. Искусных, А. Ю. Искусных // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82, № 1. С. 194–200. DOI: 10.20914/2310-1202-2020-1-194-200.

6.Реестр выданных заключений государственной экологической экспертизы // Федеральная служба по надзору в сфере природопользования : [сайт]. URL: https://clck.ru/37nsuY (дата обращения: 28.09.2023).

7.Реестр лицензий на деятельность по сбору, транспортированию, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов I–IV классов опасности // Федеральная служба по надзору в сфере природопользования : [сайт]. URL: https://clck.ru/37nsw9 (дата обращения: 30.09.2023).

606

Электронный архив УГЛТУ

Научная статья УДК 674.81

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТЕРМООБРАБОТАННОЙ КОРЫ ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ

Анастасия Евгеньевна Тюменцева1, Алексей Юрьевич Лопатин2, Владислав Дмитриевич Эскин3, Анна Ивановна Криворотова4

1, 2, 3, 4 Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск, Россия

1anastasiyatyumentsevaa@gmail.com

216alekseylopatin1999@mail.ru

3vladislaweskin@gmail.com

4tkmkai@mail.ru

Аннотация. В работе представлены результаты исследования физических свойств коры древесины сосны исходной и термомодифицированной.

Ключевые слова: кора, древесина, плитные материалы, переработка, термомодифицикация, влажность

Original article

INVESTIGATION OF THE PROPERTIES

OF HEAT-TREATED PINE BARK

Anastasiya E. Tyumentseva1, Alexey Yu. Lopatin2, Vladislav D. Eskin3, Anna I. Krivorotova4

1, 2, 3, 4 Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, Krasnoyarsk, Russia

1anastasiyatyumentsevaa@gmail.com

216alekseylopatin1999@mail.ru

3vladislaweskin@gmail.com

4tkmkai@mail.ru

Abstract. The paper presents the results of a study of the physical properties of the bark of the original and thermomodified pine wood.

Keywords: bark, wood, slab materials, processing, thermal modification, humidity

© Тюменцева А. Е., Лопатин А. Ю., Эскин В. Д., Криворотова А. И., 2024

607

Электронный архив УГЛТУ

Древесное сырье один из самых универсальный природных материалов как с точки зрения изготовления продукции, так и с точки зрения переработки: от листочка до корней. Человек рассматривает каждую отдельную часть дерева и как декоративный, и как конструкционный материал. Листья, иголки, шишки, кора, спилы – декоративные, интерьерные изделия. Ствол, ветки, кора – это фанера, древесностружечные, древесноволокнистые плиты, арболит, фанера и многие другие материалы. Кора может быть применена в разной степени в обеих группах изделий. Необходимо отметить, что кора древесины имеет свои уникальные физические свойства, которые влияют на способы ее использования.

Работа посвящена изучению физических свойств сосны коры, подвергнутой термообработке. Одними из немаловажных факторов является толщина и структура коры, плотность и влажность. Кора сосны в зависимости от возраста и состояния дерева обычно состоит из нескольких слоев, включая внешний защитный слой и внутренние слои, которые содержат сосудистые ткани и флоген. Толщина коры может варьироваться от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.

Плотность коры является важным фактором, который определяет ее применимость в производстве плитных материалов. Кора сосны обычно имеет более низкую плотность по сравнению с древесиной, что делает ее более легкой и менее плотной. Это может быть преимуществом при использовании коры для создания легких плитных материалов.

Влажность коры также играет роль в ее физических свойствах. Свежая кора обычно содержит высокий уровень влаги, который может быть удален

впроцессе сушки. Влажность коры может влиять на ее устойчивость к различным внешним факторам: воздействие влаги, тепла или холода. Правильная сушка коры может помочь улучшить ее структурную прочность и устойчивость к внешним воздействиям.

Химический состав коры отличается повышенным содержанием экстрактивных веществ, лигнина и пониженным содержанием целлюлозы. Доля неорганических веществ в общем количестве составляет 10–15 %, это

в10 раз больше, чем в древесине. Преобладающими элементами золы являются кальций (82–95 %), калий, магний [1].

По данным исследований плотность коры зависит не только от породы дерева и содержания влажности, но и месторасположения ее на стволе. Например, в одной из своих работ по определению плотности коры свежесрубленной древесины Н. Г. Прикот стереометрическим методом на образцах, имеющих форму призмы различных размеров в зависимости от толщины коры, установил средние показатели влажности и плотности, а также пределы их колебаний: влажность 11–12 %, плотность 0,31–0,41 г/м3, пределы колебаний 0,29–0,44 [2].

Многие исследователи занимались поиском решения изготовления плит на основе коры древесины. Для изготовления таких плит кора должна пройти

608

Электронный архив УГЛТУ

предварительную подготовку, одним из способов является модифицирование. Например, авторами работы [3] было предложено изготовить плитные материалы на основе коры древесины сосны методом взрывного автогидролиза (ВАГ). Проведенные исследования свидетельствуют о возможности изготовления плитных материалов на основе модифицированной методом ВАГ коры сосны. Однако физико-механические показатели полученного материала достаточно низкие. Очевидно, что в формировании комплекса свойств плитных материалов на основе модифицированной коры сосны протекание химических превращений между компонентами пресс-массы не является достаточным фактором, как при изготовлении плитных материалов на основе модифицированной древесины.

На сегодняшний день достаточно экологичным методом модифицирования древесины является термическая обработка [4]. Термомодифицирование возможно использовать не только для массивной или измельченной древесины, но и для древесной коры.

На кафедре технологии композиционных материалов и древесиноведения Сибирского государственного университета им. М. Ф. Решетнева проведены исследования физических показателей исходной и термически обработанной коры древесины сосны.

Кора предварительно измельчалась до размеров близких к размерам технологической щепы. Влажность коры перед термообработкой составляла около 25 %. Термообработка измельченной коры проводилась в среде водяного пара при температуре 180 С в течение 180 мин. Термически обработанная кора для охлаждения и выравнивания возможных напряжений перед дальнейшими исследованиями выдерживались в течение 48 ч. Внешний вид коры сосны после обработки представлен на рис. 1.

Рис. 1. Термомодифицированная кора сосны

609

Электронный архив УГЛТУ

На рис. 2 представлены измельченные частицы древесной коры сосны. После термической обработки у коры были исследованы показатели влажности, водопоглощения, насыпной плотности. Влажность термообработанной коры составила 15 %. Водопоглощение у термически обработанной и исходной коры соответственно – 35 и 51 %. Изменения насыпной плотности составило – 17,7 гр/м3.

Рис. 2. Измельченные частицы термически обработанной коры

Врезультате исследования физических свойств коры древесины сосны

иее использования в производстве плитных материалов можно сделать вывод о потенциальных преимуществах этого материала. Это открывает новые перспективы для его использования в различных отраслях промышленности, а также способствует более эффективному использованию ресурсов древесины. Продолжение исследований в этой области может привести к разработке новых инновационных материалов и устойчивых технологий.

Список источников

1. Симонов М. Н. Некоторые физические и механические свойства коры основных древесных пород // Лесной журнал. 1962. № 5. С. 133.

2. Прикот Н. Г. Физико-механические свойства коры древесных пород // Труды Лесотехнической Академии им. С. М. Кирова. 1938. № 50. С. 69–79.

3.Мусько Н. П., Беушева О. С., Саушкина С. С. Плитные материалы на основе модифицированной коры сосны // Ползуновский вестник. 2015. № 2. С. 136–138.

4.Патент № 2422266 Российская федерация, МПК B27K 5/00(2006.01). Способ термообработки древесины : № 2009146406/21 : заявл. 14.12.2009 : опубл. 27.06.2011 / Сафин Р. Р., Разумов Е. Ю., Сафин Р. Г. [и др.]. 3 с.

610