В Университета Канзаса исследовательская группа под руководством Пратапа Парамешварана в сотрудничестве с обширной сетью партнеров по всему региону Высоких равнин, готовится начать масштабирование циклической системы утилизации отходов, которая окажет немедленное влияние на сообщества Канзаса, буквально превращая отходы животноводства в ценные ресурсы, в частности воду.
В случае успешной реализации к концу четырехлетнего проекта система станет важным шагом на пути к решению сложных проблем, связанных с водоносным горизонтом Огаллала — основным источником подземных вод в регионе.
В основе проекта лежит разработка циклической системы, предназначенной для управления огромным объемом животноводческих сточных вод, которых в регионе в изобилии. Проект основан на предыдущей работе Парамешварана с анаэробными мембранными реакторами, которые продемонстрировали способность перерабатывать отходы и производить возобновляемую энергию, извлекать полезные агрохимикаты и обеспечивать водой.
«Это не какая-то заоблачная идея; такой объект существует», — сказал Парамешваран, доцент кафедры гражданского строительства и выдающийся учёный инженерного колледжа Карла Р. Айса. «Мы предлагаем проект таким образом: в первые три года мы будем укреплять научные и технологические аспекты, а в последний год постараемся вывести на орбиту один из наших полевых прицепов», пояснил он.
В настоящее время большинство животноводческих хозяйств на Высоких равнинах перерабатывают навоз, внося его в почву или складируя в отстойниках. Хотя этот метод позволяет избавиться от отходов, он зачастую неэффективен и приводит к потере воды, вымыванию питательных веществ, накоплению навоза и появлению неприятного запаха.
Новая технология решает эти проблемы, обеспечивая очистку воды, а также извлечение и конденсацию ценных питательных веществ. К ним относятся азот и фосфор, которые находят практическое применение, например, в качестве коммерческих удобрений.
Проект стоимостью 6 миллионов долларов, финансируемый в рамках программы Национального научного фонда, NSF, «Совершенствование исследовательской инфраструктуры», выходит за рамки деятельности одного научного учреждения. Он требует широкого междисциплинарного подхода, в котором приняли участие три других учреждения: Университет Небраски-Линкольна, Университет штата Оклахома и Общественный колледж округа Сьюард, консультативный совет с участием представителей промышленности, а также местные сообщества, выступающие в качестве пилотного проекта по внедрению этой технологии. «Без экспертизы вы не сможете этим заняться», - сказал Парамешваран.
Университет штата Кентукки, получивший 2,5 миллиона долларов в рамках совместного гранта, обеспечит разработку основополагающих технологий и социальных аспектов, включая технико-экономический анализ и экспертизу оценки жизненного цикла. В исследовательскую группу также входят Джо Парселл, профессор экономики сельского хозяйства, и Цзикай Чжао, доцент кафедры биологической и сельскохозяйственной инженерии.
«Главное в нашей работе — обеспечить доступ к воде. Мы разрабатываем процесс очистки воды до уровня, позволяющего её повторно использовать в животноводстве. Одновременно мы извлекаем побочные ценные вещества и стараемся сделать этот процесс более экономичным, чтобы он нашёл более широкое применение», — сказал Парселл.
Кроме того, технология будет способствовать уменьшению запахов, которые часто досаждают жителям населенных пунктов, расположенных по направлению ветра от откормочных площадок.
Первоначально основное внимание будет уделено сточным водам свиноводческого хозяйства, поскольку у команды имеются предварительные данные за три года предыдущего исследования Парамешварана.
Однако знания, полученные в ходе исследования, могут быть применены и в других секторах, например, в молочном и мясном скотоводстве, и могут привести к пониманию потенциала промышленной предварительной очистки в пищевой промышленности и муниципальных системах водоснабжения.
Технология в первую очередь основана на мембранах, и ключевым направлением исследований станет совместная работа с командой Университета Небраски в Линкольне по разработке усовершенствованных мембран, способных справляться со сложными условиями и предотвращать загрязнение — главную проблему в таких системах.
Проект рассчитан на четыре года и имеет четкий путь к реальному применению, что является целью программы фонда NSF, предоставляющей финансирование.
Первые три года будут посвящены совершенствованию технологии. Это включает в себя доработку системы в пилотном масштабе, сбор долгосрочных данных и тщательное изучение её влияния. Последний год завершится важным шагом на пути к внедрению: полевыми демонстрационными испытаниями. Команда планирует развернуть один из своих мобильных полевых прицепов в реальных условиях, чтобы проверить его эффективность в масштабе.
Долгосрочная цель — создание автоматизированной системы с пультом управления, которым можно управлять удалённо. При этом для устранения неполадок, анализа и обслуживания по-прежнему потребуется квалифицированный персонал, обученный на местном уровне.
Превращая отходы животноводства из обузы в активы, такие как чистая вода, удобрения и энергия, команда надеется предоставить долгосрочное решение, выгодное животноводам, обществу и экологии.
Источник: Kansas State University. Автор: Грант Гуггисберг.
