ОПТИМІЗАЦІЯ УМОВ АЕРОБНОГО РОЗЩЕПЛЕННЯ ТВЕРДИХ ВІДХОДІВ ІЗ РЕЦИРКУЛЯЦІЙНИХ СИСТЕМ АКВАКУЛЬТУРИ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА РІДКИХ ДОБРИВ (Aquaculture Europe 2023. Abstracts .pp.573-574)

Автор: Lukáš Harabiš

Вступ

Метою проекту було випробування аеробного розщерлення/зброджування як потенційного екологічно безпечного та сталого біопроцесу для обробки твердих органічних відходів з рециркуляційних систем аквакультури (RAS), що використовуються для вирощування африканського сома (Clarias gariepinus). Наступною метою була оптимізація умов цього процесу для максимальної мінералізації органічних речовин з метою підживлення рослин. Таким чином, результатом випробування мав стати пошук оптимальних умов для аеробного зброджування (рН, температура, тривалість тесту, додавання зовнішньої біокультури) та порівняння їх впливу на перебіг і кінцевий ступінь мінералізації органічних відходів рибного господарства. Концентрації кожного елемента (N, P, Fe, K, Ca, Mg, Zn, Mn, Cu) в отриманому таким чином живильному розчині порівнювали зі значеннями на вході експерименту

Матеріяли та методи

Джерелом органічних відходів від вирощування африканського сома був експериментальний РАС на кафедрі рибного господарства та гідробіології Університету Менделя в Брно (Чеська Республіка). Саморобний сепаратор, заснований на принципі центрифугування та осадження зважених речовин у воді (вихровий), був встановлений до вже функціонуючої системи. Сирий осад зневоднювали за допомогою ручного пресу, ретельно гомогенізували та консервували шляхом ліофілізації. Точно зважені зразки ліофілізованих фекалій (10 г) переносили в стерильні скляні контейнери і доливали дистильованою водою до об’єму 1 літр. Ці лабораторні біореактори поміщали в термостат для підтримання постійної температури. До кожного біореактора за допомогою аерації подавали достатню кількість кисню. Крім того, барботування повітря забезпечувало перемішування зразка у воді. Було протестовано та оцінено кілька факторів. Температура: підтримували три температурні константи 20 °C, 25 °C і 30 °C, рН: значення рН 6 і 7 підтримували за допомогою буферу. Зовнішні бактерії: до одного з варіантів додавали зовнішню культуру мікроорганізмів для біологічної обробки осаду стічних вод і відстежували їх вплив на ефективність мінералізації. Час: загальна тривалість аеробного зброджування становила 21 день. Для кожної температури завжди був варіант без буфера (контроль), без буфера + зовнішні бактерії, буфер рН 6 і буфер рН 7. Кожен варіант тестувався в триразовій повторності. Зразки води відбирали регулярно на 1, 5, 9, 13, 17 і 21 день експерименту. Вміст N-NH4+, N-NO2- та N-NO3- оцінювали спектрофотометрично за допомогою PhotoLab 6600 UV-VIS, інших елементів – методом ICP-OES.

Результати і обговорення

Продукування N-NH4+ показало тенденцію до збільшення з часом для варіантів рН 6 при всіх досліджуваних температурах. Найвищий рівень N-NH4+ (166 мг/л) був досягнутий на 21-й день тестування у варіанті з рН 6 при 25 °C. У всіх біореакторах без регулювання рН продукція N-NH4+ була в кілька разів нижчою, ніж у випадку регулювання рН на рівні 6 і 7. Виробництво N-NO3 – було найнижчим у варіантах з рН 6 при всіх досліджуваних температурах, на відміну від N-NH4 + . Найнижча нітрифікація спостерігалася в біореакторі при рН 6 та 20 °С. Найвище значення N-NO3 – (101,27 мг/л) було отримано на 17 день експерименту в контрольному біореакторі без регулювання рН і без зовнішніх бактерій при 30 °С. Однак за вищих температур (25 і 30 °С) вміст N-NO3 – у розчині поступово зменшувався. На противагу цьому, збільшення вмісту N-NO3 – було найбільш очевидним для варіантів з рН 7 при всіх температурах. Найвищий вміст N-NO3 – в кінці експерименту був досягнутий в біореакторі з рН 7 при 30°C. Мінералізація фосфору (Р) була більш ефективною при більш високих температурах. Найвищий вміст P (99,93 мг/л) було виявлено в кінці експерименту в контрольному біореакторі без регулювання рН при 30°C. Також і у випадку з іншими проаналізованими макроелементами мінералізація протікала найкраще за цих умов. Якщо порівнювати біореактори з регулюванням рН, то мінералізація металів була більш ефективною при рН 6, ніж при рН 7, проте найефективніша мінералізація металів була досягнута у вже згаданому контрольному біореакторі. У всіх біореакторах вміст елементів Cd, Pb, Co, Cr і Ni був нижче межі виявлення. Мінералізація органічних твердих відходів без регулювання рН при 30 °C видається найбільш перспективною. Цей експеримент буде продовжено в майбутньому шляхом порівняння отриманого органічного добрива з обраним комерційним мінеральним добривом на основі гідропонного тесту. Зростання розсади листового салату (Lactuca sativa) буде перевірено в гідропонній системі Nutrient Film Technique (NFT) протягом 35 днів.

Це дослідження було профінансовано Внутрішньою грантовою агенцією Університету Менделя у Брні (проєкт № AF-IGA2023-IP-071)