Anaerob lagun

En anaerob lagun eller gödsellagun är en konstgjord utomhusjordbassäng fylld med animaliskt avfall som genomgår anaerob andning som en del av ett system som är utformat för att hantera och behandla avfall som skapas av koncentrerade djurfoderoperationer (CAFOs). Anaeroba laguner skapas av en gödseluppslamning, som sköljs ut under djurfållan och sedan leds in i lagunen. Ibland placeras flytgödseln i en mellanlagringstank under eller bredvid ladugården innan den deponeras i en lagun. Väl i lagunen lägger sig gödseln i två lager: ett fast eller slamlager och ett flytande lager. Gödseln genomgår sedan processen med anaerob andning, varvid de flyktiga organiska föreningarna omvandlas till koldioxid och metan . Anaeroba laguner används vanligtvis för att förbehandla höghållfast industriavloppsvatten och kommunalt avloppsvatten. Detta möjliggör preliminär sedimentering av suspenderade fasta ämnen som en förbehandlingsprocess.

Anaeroba laguner har visat sig hysa och avge ämnen som kan orsaka negativa miljö- och hälsoeffekter. Dessa ämnen släpps ut genom två huvudvägar: gasutsläpp och lagunspill. Gasutsläppen är kontinuerliga (även om mängden kan variera beroende på säsong) och är en produkt av gödselgödseln. De vanligaste gaserna som släpps ut av lagunen är: ammoniak , vätesulfid , metan och koldioxid . Lagunspill orsakas av felaktiga laguner, till exempel genombrott eller felaktig konstruktion, eller ogynnsamma väderförhållanden, som ökad nederbörd eller starka vindar. Dessa bräddavlopp släpper ut skadliga ämnen i omgivande mark och vatten såsom: antibiotika, östrogener, bakterier, bekämpningsmedel, tungmetaller och protozoer.

I USA har Environmental Protection Agency (EPA) svarat på miljö- och hälsoproblem genom att stärka regleringen av CAFOs enligt Clean Water Act . Vissa stater har också infört sina egna regler. På grund av upprepade översvämningar och resulterande hälsoproblem North Carolina byggandet av nya anaeroba laguner 1999. Det har också skett en betydande insats för forskning, utveckling och implementering av miljövänlig teknik som skulle möjliggöra säkrare inneslutning och återvinning av CAFO-avfall .

Bakgrund

Från och med 1950-talet med fjäderfäproduktion, och senare på 1970- och 1980-talen med nötkreatur och svin, har köttproducenter i USA vänt sig till CAFO som ett sätt att mer effektivt producera stora kvantiteter kött. Denna omställning har gynnat konsumenterna i USA genom att öka mängden kött som kan odlas och därigenom sänka priset på kött. Däremot har ökningen av boskapen genererat en ökning av gödseln. Under 2006 producerade till exempel boskapsverksamhet i USA 133 miljoner korta ton (121 000 000 ton) gödsel. Till skillnad från gödsel som produceras på en konventionell gård kan inte all CAFO-gödsel användas som direktgödsel på jordbruksmark på grund av den dåliga kvaliteten på gödseln. [ citat behövs ] Dessutom producerar CAFOs en hög volym gödsel. En utfodringsoperation med 800 000 grisar skulle kunna producera över 1,6 miljoner korta ton (1 500 000 ton) avfall per år. Den stora mängden gödsel som produceras av ett CAFO måste hanteras på något sätt, eftersom felaktig gödselhantering kan resultera i vatten-, luft- och markskador. Som ett resultat av detta har insamling och bortskaffande av gödsel blivit ett allt större problem.

För att hantera sitt avfall har CAFOs tagit fram planer för rening av avloppsvatten från jordbruket . För att spara på manuellt arbete hanterar många CAFO:er gödselavfall som en vätska. I detta system hålls djuren i boxar med rivna golv så att avfall och sprayvatten kan dräneras från golvrännor och ledas till lagringstankar eller anaeroba laguner. Väl framme vid en lagun är syftet att behandla avfallet och göra det lämpligt för spridning på jordbruksmarker. Det finns tre huvudtyper av laguner: anaerob, som hämmas av syre; aerobic, som kräver syre; och fakultativ, som upprätthålls med eller utan syre. Aeroba laguner ger en högre grad av behandling med mindre luktproduktion, även om de kräver en betydande mängd utrymme och underhåll. På grund av denna efterfrågan är nästan alla boskapslaguner anaeroba laguner.

Design

Beskrivning

Anaerob behandlingslagun på Cal Poly Dairy

Anaeroba laguner är jordbassänger med ett vanligt djup på 8 fot (2,4 meter), även om större djup är mer fördelaktiga för matsmältningen eftersom de minimerar syrediffusion från ytan. För att minimera läckage av animaliskt avfall till grundvattnet är nyare laguner i allmänhet kantade med lera. Studier har visat att lagunerna i själva verket typiskt läcker med en hastighet av cirka 1 millimeter (0,04 tum) per dag, med eller utan lerfoder, eftersom det är slammet som deponeras vid basen av lagunen som begränsar läckagehastigheten, inte lerfodret eller underliggande ursprungsjord.

Anaeroba laguner är inte uppvärmda, luftade eller blandade. Anaeroba laguner är mest effektiva i varmare temperaturer; anaeroba bakterier är ineffektiva under 15 grader Celsius (59 grader Fahrenheit) Laguner måste separeras från andra strukturer med ett visst avstånd för att förhindra kontaminering. Stater reglerar detta separationsavstånd. Lagunens totala storlek bestäms genom tillsats av fyra komponenter: minsta dimensionerande volym, volym lagring av gödsel mellan deponeringsperioder, utspädningsvolym och volym slamackumulering mellan perioder av slamavlägsnande.

Bearbeta

Lagunen är uppdelad i två distinkta lager: slam och vätska. Slamlagret är ett mer fast lager som bildas genom skiktning av sediment från gödseln. Efter ett tag ackumuleras detta fasta lager och måste så småningom rengöras. Vätskenivån består av fett, avskum och andra partiklar. CAFO-avloppsvattnet på vätskenivå kommer in i botten av lagunen så att det kan blandas med den aktiva mikrobiella massan i slamlagret. Dessa anaeroba förhållanden är enhetliga i hela lagunen, utom i en liten yta.

Ibland appliceras luftning på denna nivå för att dämpa de lukter som avges av lagunerna. Om ytluftning inte appliceras, bildas en skorpa som kommer att fånga värme och lukt. Anaeroba laguner bör behålla och behandla avloppsvatten från 20 till 150 dagar. Laguner bör följas av aeroba eller fakultativa laguner för att ge ytterligare nödvändig behandling. Vätskeskiktet dräneras periodiskt och används för gödning. I vissa fall kan ett skydd tillhandahållas för att fånga in metan, som används för energi.

Anaeroba laguner arbetar genom en process som kallas anaerob matsmältning . Nedbrytningen av det organiska materialet börjar strax efter att djuren tömts. Laguner blir anaeroba på grund av det höga biologiska syrebehovet (BOD) i avföringen, som innehåller en hög nivå av lösliga fasta ämnen, vilket resulterar i högre BOD. Anaeroba mikroorganismer omvandlar organiska föreningar till koldioxid och metan genom syrabildning och metanproduktion.

Fördelar med konstruktion

  • Gödsel kan enkelt manipuleras med vatten med hjälp av spolsystem, avloppsledningar, pumpar och bevattningssystem
  • Stabilisering av avfallet genom rötning minimerar lukt när gödsel slutligen används som gödsel
  • Gödsel kan lagras långsiktigt till en låg kostnad
  • Gödsel är allt i ett område, istället för att spridas över ett stort landområde (Detta kallas WES, Waste Enlargement System).

Nackdelar med konstruktion

  • Kräver relativt stor markyta
  • Producerar starka oönskade lukter särskilt under våren och hösten
  • Det tar ganska lång tid för organisk stabilisering på grund av den långsamma rötningen av slam och den långsamma tillväxten av metanbildare
  • Gödsel som används som gödsel är av lägre kvalitet på grund av låg näringstillgång
  • Avloppsvatten kan läcka ut om tankarna går sönder eller är felaktigt konstruerade
  • Väder och andra miljöfaktorer kan starkt påverka säkerheten och effektiviteten hos anaeroba laguner

Miljö- och hälsopåverkan

Gasutsläpp

Frekvensen av astma hos barn som bor nära en CAFO är konsekvent förhöjda. Processen med anaerob rötning har visat sig frigöra över 400 flyktiga föreningar från laguner. De vanligaste av dessa är: ammoniak, vätesulfid, metan och koldioxid.

Ammoniak

I USA kommer 80 procent av ammoniakutsläppen från boskapsproduktion. En lagun kan förånga upp till 80 procent av sitt kväve genom reaktionen: NH4+-N -> NH3 + H+. När pH eller temperatur ökar, ökar också mängden förflyktigad ammoniak. När ammoniak väl har förflyktigats kan den färdas så långt som 300 miles, och på närmare avstånd är den irriterande i luftvägarna. Försurning och övergödning av ekosystemet som omger lagunerna kan orsakas av långvarig exponering för förångad ammoniak. Denna förflyktigade ammoniak har varit inblandad i utbredda ekologiska skador i Europa och är ett växande problem för USA.

Vätesulfid

Med medelvärden över 30 ppb har laguner en hög koncentration av svavelväte, vilket är mycket giftigt. En studie av Minnesota Pollution Control Agency har funnit att koncentrationer av svavelväte nära laguner har överskridit den statliga standarden, till och med så långt bort som 4,9 miles. Svavelväte känns igen för sin obehagliga lukt av ruttna ägg. Eftersom svavelväte är tyngre än luft tenderar det att ligga kvar runt laguner även efter ventilation. Halterna av svavelväte är som högst efter omrörning och under gödselborttagning.

Metan

Metan är en luktfri, smaklös och färglös gas. Laguner producerar cirka 2 300 000 ton per år, med cirka 40 procent av denna massa från svinfarmslaguner. Metan är brännbart vid höga temperaturer, och explosioner och bränder är ett verkligt hot vid eller nära laguner. Dessutom är metan en växthusgas. US EPA uppskattade att 13 procent av alla metanutsläpp kom från boskapsgödsel 1998, och denna siffra har ökat de senaste åren. På senare tid har det funnits ett intresse för teknik som skulle fånga upp metan som produceras från laguner och sälja det som energi.

Vattenlösliga föroreningar

Föroreningar som är vattenlösliga kan fly från anaeroba laguner och komma in i miljön genom läckage från dåligt konstruerade eller dåligt underhållna gödsellaguner samt under överskottsregn eller kraftiga vindar, vilket resulterar i att lagunerna svämmar över. Dessa läckor och översvämningar kan förorena omgivande yt- och grundvatten med vissa farliga material som finns i lagunen. De allvarligaste av dessa föroreningar är patogener, antibiotika, tungmetaller och hormoner. Till exempel är avrinning från gårdar i Maryland och North Carolina en ledande kandidat för Pfiesteria piscicida . Denna förorening har förmågan att döda fisk, och den kan också orsaka hudirritation och korttidsminnesförlust hos människor

Patogener

Mer än 150 patogener i gödsellaguner som har visat sig påverka människors hälsa. Friska individer som kommer i kontakt med patogener återhämtar sig vanligtvis snabbt. De som har ett försvagat immunförsvar, som cancerpatienter och små barn, har dock en ökad risk för en svårare sjukdom eller till och med död. Cirka 20 procent av den amerikanska befolkningen kategoriseras i denna riskgrupp. Några av de mer anmärkningsvärda patogenerna är:

E . coli

E. coli finns i tarmarna och avföringen hos både djur och människor. En särskilt virulent stam, Escherichia coli O157:H7 , finns specifikt i lumen hos nötkreatur uppfödda i CAFO. Eftersom nötkreatur utfodras med majs i CAFO istället för gräs, ändrar detta pH i lumen så att det är mer gästvänligt för E . coli . Spannmålsfodrade nötkreatur har 80 procent mer av denna stam av E . coli än gräsmatade nötkreatur. Men mängden E . coli som finns i lumen hos spannmålsfodrade nötkreatur kan reduceras avsevärt genom att byta ett djur till gräs bara några dagar före slakt. Denna minskning skulle minska patogenens närvaro i både kött och avfall från boskapen och minska E . coli- populationen som finns i anaeroba laguner.

Cryptosporidium

Cryptosporidium är en parasit som orsakar diarré, kräkningar, magkramper och feber. Det är särskilt problematiskt eftersom det är resistent mot de flesta lagunbehandlingsregimer. I en studie utförd i Kanada innehöll 37 procent av proverna av flytande gödsel från svin Cryptosporidium.

Andra vanliga patogener

Andra vanliga patogener (och deras symtom) inkluderar:

Antibiotika

Antibiotika utfodras till boskap för att förebygga sjukdomar och för att öka vikt och utveckling, så att det blir kortare tid från födsel till slakt. Men eftersom dessa antibiotika administreras på subterapeutiska nivåer, kan bakteriekolonier bygga upp resistens mot läkemedlen genom det naturliga urvalet av bakterier som är resistenta mot dessa antibiotika. Dessa antibiotikaresistenta bakterier utsöndras sedan och överförs till lagunerna, där de kan infektera människor och andra djur.

administreras 24,6 miljoner pund antimikrobiella medel till boskap för icke-terapeutiska ändamål. Sjuttio procent av alla antibiotika och relaterade läkemedel ges till djur som fodertillsatser. Nästan hälften av de antibiotika som används är nästan identiska med de som ges till människor. Det finns starka bevis för att användningen av antibiotika i djurfoder bidrar till en ökning av antibiotikaresistenta mikrober och gör att antibiotika blir mindre effektivt för människor. På grund av oro över antibiotikaresistenta bakterier, American Medical Association en resolution som säger att de är motståndare till användningen av subterapeutiska nivåer av antimikrobiella medel i boskap.

Hormoner

Tillväxthormoner som rBST , östrogen och testosteron administreras för att öka utvecklingshastigheten och muskelmassan för boskapen. Ändå är det bara en bråkdel av dessa hormoner som faktiskt absorberas av djuret. Resten utsöndras och hamnar i laguner. Studier har visat att dessa hormoner, om de flyr från lagunen och släpps ut i det omgivande ytvattnet, kan ändra fertilitet och reproduktionsvanor hos vattenlevande djur.

En studie fann att flera laguner och övervakningsbrunnar från två anläggningar (en plantskola och en grisningssuggaverksamhet) innehöll höga halter av alla tre typerna av östrogen. För barnkammaren varierade lagunens avloppsvattenkoncentrationer från 390 till 620 ng/L för östron , 180 till 220 ng/L för östriol och 40 till 50 ng/L för östradiol . För grisningssuggornas drift varierade koncentrationerna av kokare och primär lagun från 9 600 till 24 900 ng/L för östron, 5 000 till 10 400 ng/L för östriol och 2 200 till 3 000 ng/L för östradiol. Etinylestradiol påvisades inte i något av lagunen eller grundvattenproverna. Naturliga östrogenkoncentrationer i grundvattenprover var generellt mindre än 0,4 ng/L, även om några brunnar vid plantskolan visade kvantifierbara men låga nivåer."

Tungmetaller

Gödsel innehåller spårämnen av många tungmetaller som arsenik , koppar , selen , zink , kadmium , molybden , nickel , bly , järn , mangan , aluminium och bor . Ibland ges dessa metaller till djur som tillväxtstimulerande medel, vissa introduceras genom bekämpningsmedel som används för att befria boskapen från insekter, och vissa kan passera genom djuren som osmält mat. Spårämnen av dessa metaller och salter från djurgödsel utgör risker för människors hälsa och ekosystem.

Nytt flodspill

1999 drabbade orkanen Floyd North Carolina, översvämmade svinavfallslaguner, släppte ut 25 miljoner liter gödsel i New River och förorenade vattenförsörjningen. Ronnie Kennedy, länsdirektör för miljöhälsa, sa att av 310 privata brunnar som han hade testat för förorening sedan stormen, hade 9 procent, eller tre gånger genomsnittet i östra North Carolina, fekala koliforma bakterier . Normalt är tester som visar någon antydan till avföring i dricksvattnet, en indikation på att det kan bära på sjukdomsframkallande patogener, anledning till omedelbar åtgärd.

förordning

Ytterligare information: Koncentrerad djurutfodring

Anaeroba laguner byggs som en del av ett avloppsvattendriftsystem. Som sådan hanteras efterlevnad och tillstånd som en förlängning av den verksamheten. Därför regleras gödsellaguner på statlig och nationell nivå genom CAFO som driver dem. Under de senaste åren, på grund av miljö- och hälsoeffekterna förknippade med anaeroba laguner, har EPA ökat regleringen av CAFOs med ett specifikt öga mot laguner. North Carolina förbjöd byggandet av nya anaeroba laguner 1999 och upprätthöll det förbudet 2007.

Vidare forskning

Viss forskning har gjorts för att utveckla och bedöma den ekonomiska genomförbarheten av mer miljömässigt överlägsna teknologier. Fem huvudalternativ som har implementerats i North Carolina är: ett system för separation av fasta ämnen/nitrifikation-denitrifikation/avlägsnande av löslig fosfor; ett termofilt anaerobt rötsystem; ett centraliserat komposteringssystem; ett förgasningssystem; och ett förbränningssystem med fluidiserad bädd. Dessa system bedömdes utifrån deras förmåga att: minska effekterna av CAFO-avfall i ytan och grundvattnet, minska ammoniakutsläppen, minska utsläppet av sjukdomsöverförande patogener och sänka koncentrationen av tungmetallkontamination.

US Department of Agriculture (USDA) har också utvärderat möjligheten att skapa ett tak och handelsprogram för CAFO:s koldioxid- och dikväveoxidutsläpp. Detta program har ännu inte implementerats, men USDA spekulerar i att ett sådant program skulle uppmuntra företag att anta EST-praxis.

En omfattande studie av anaeroba svinlaguner över hela landet har lanserats av US Agricultural Research Service . Denna studie syftar till att utforska lagunernas sammansättning och anaerob laguns inverkan på miljöfaktorer och agronomiska metoder.

Se även

  1. ^ Anaeroba laguner (PDF) (Rapport). Faktablad om avloppsteknik. Washington, DC: US ​​Environmental Protection Agency (EPA). September 2002. EPA 832-F-02-009.
  2. ^ a b c d    Burkholder, JoAnn (2007). "Inverkan av avfall från koncentrerad djurfoderverksamhet på vattenkvaliteten" . Miljöhälsoperspektiv . 115 (2): 308–12. doi : 10.1289/ehp.8839 . PMC 1817674 . PMID 17384784 .
  3. ^ Bittman, Mark. "Tänka om köttslukaren" . NY Times . Hämtad 2 november 2011 .
  4. ^ a b c d e f g h i j k Hribar, Carrie. "Förstå koncentrerad utfodring av djur och deras inverkan på samhällen" ( PDF) . CDC . Hämtad 1 november 2011 .
  5. ^ a b c d e f g h Tishmack, Jody. "Möta utmaningarna med hantering av svingödsel" . Biocykel . Hämtad 1 november 2011 .
  6. ^ "Föroreningar från jättelika boskapsgårdar hotar folkhälsa" . New York, NY: Natural Resources Defense Council (NRDC) . Hämtad 2 november 2011 .
  7. ^ a b c d e f g h i Pfost, Donald. "Anaeroba laguner för lagring/behandling av boskapsgödsel" . University of Missouri . Hämtad 2 november 2011 .
  8. ^ a b c d "Design, funktion och reglering av laguner i Maine" . Lagunsystem i Maine . Hämtad 2 november 2011 .
  9. ^ "Mätning av läckage från jordgödselstrukturer i Iowa" . Hämtad 8 augusti 2014 .
  10. ^ "Sälbildning under dammar för djuravfall" (PDF) . Hämtad 6 augusti 2014 .
  11. ^ a b c d e f g h i j "Faktablad för avloppsvattenteknik" (PDF) . EPA . Arkiverad från originalet (PDF) den 1 april 2012 . Hämtad 2 november 2011 .
  12. ^ a b "Design och ledning av anaeroba laguner i Iowa för lagring och behandling av djurgödsel" ( PDF) . Iowa State University Extension . Hämtad 2 november 2011 .
  13. ^ a b c d e f g h i j k Marks, Robbin. "Skammens avloppsvatten" (PDF) . NRDC . Hämtad 2 november 2011 .
  14. ^ Schrum, Christine. "Hälsorisker för instängning av svin" . Iowa-källan . Arkiverad från originalet 2011-10-02 . Hämtad 19 oktober 2011 .
  15. ^ a b Meisinger, JJ "Ammoniakvolitalisering från mejeri- och fjäderfägödsel" (PDF) . NREAS . Hämtad 2 november 2011 .
  16. ^ "Miljöpåverkan av djuravfall: Bortskaffande av djuravfall i storskalig svinproduktion undersökt" . Science Daily . Hämtad 2 november 2011 .
  17. ^ a b "Gödselgasfaror" (PDF) . Farm Safety Association . Arkiverad från originalet (PDF) den 25 april 2012 . Hämtad 2 november 2011 .
  18. ^ Harper, LA "Metanutsläpp från en anaerob svinlagun" (PDF) . Journal of Atmospheric Environment . Arkiverad från originalet (PDF) den 25 april 2012 . Hämtad 2 november 2011 .
  19. ^ a b Vanotti. "Reduktioner av växthusgasutsläpp och koldioxidkrediter från implementering av aerobiska gödselbehandlingssystem i svinfarmer" ( PDF) . US Department of Agriculture. Arkiverad från originalet (PDF) den 25 april 2012 . Hämtad 2 november 2011 .
  20. ^ "Fakta om föroreningar från boskapsgårdar" . NRDC . Hämtad 9 februari 2015 .
  21. ^ Pollan, Michael (2006). Allätares dilemma . New York: Penguin.
  22. ^ Fleming, Ron. "Cryptosporidium i boskap, gödsellagringar och ytvatten i Ontario" ( PDF) . Ontario Federation of Agriculture . Arkiverad från originalet (PDF) den 22 maj 2012 . Hämtad 3 november 2011 .
  23. ^ "Hogging It!: Uppskattningar av antimikrobiellt missbruk i boskap" . Union of Concerned Scientists . Arkiverad från originalet den 3 november 2011 . Hämtad 3 november 2011 .
  24. ^ "Analys av svinlaguner & grundvatten för miljömässiga östrogener" . Naturvårdsverket . Hämtad 19 oktober 2011 .
  25. ^ "Svinodling" . Duke University. Arkiverad från originalet 2013-09-21.
  26. ^ Kilborn, Peter. "Orkanen avslöjar brister i jordbrukslagstiftningen" . NY Times.
  27. ^ "CAFO härskar historia" . Naturvårdsverket . Arkiverad från originalet den 22 november 2011 . Hämtad 19 oktober 2011 .
  28. ^ "North Carolina slutför förbud mot svinlagunen" . National Hog Farmer . Hämtad 26 oktober 2011 .
  29. ^ "Hog Farming Översikt" . North Carolina i den globala ekonomin . Hämtad 2 november 2011 .
  30. ^ a b   Williams, CM (2009). "Utveckling av miljömässigt överlägsen teknik i USA och policy". Bioresursteknik . 100 (22): 5512–8. doi : 10.1016/j.biortech.2009.01.067 . PMID 19286371 .
  31. ^ Upptäckt och säker ledning av mikroorganismer i svinavfall . Agricultural Research Service, USDA . Hämtad 20 december 2011 .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Anaerobic_lagoon&oldid=1065522050 "