Anaerob lagune - Anaerobic lagoon

En anaerob lagune eller gjødsellagune er et menneskeskapt utendørs jordbasseng fylt med animalsk avfall som gjennomgår anaerob respirasjon som en del av et system designet for å håndtere og behandle avfall som er opprettet ved konsentrerte fôringsoperasjoner (CAFOer). Anaerobe laguner dannes fra en gjødselgjødsel, som vaskes ut under dyrepengene og deretter føres inn i lagunen. Noen ganger blir slammet plassert i en mellomliggende tank under eller ved siden av fjøsene før den blir avsatt i en lagune. Gjødsel når den er i lagunen, legger seg i to lag: et fast eller slamlag og et flytende lag. Gjødsla gjennomgår deretter anaerob respirasjon, hvorved de flyktige organiske forbindelsene omdannes til karbondioksid og metan . Anaerobe laguner brukes vanligvis til å forbehandle industrielt avløpsvann med høy styrke og kommunalt avløpsvann. Dette gir mulighet for foreløpig sedimentering av suspenderte faste stoffer som en forbehandlingsprosess.

Anaerobe laguner har vist seg å ha og avgir stoffer som kan forårsake negative miljø- og helseeffekter. Disse stoffene slippes ut gjennom to hovedveier: gassutslipp og laguneoverløp. Gassutslipp er kontinuerlige (selv om mengden kan variere basert på sesong) og er et produkt av gjødselgyllen selv. De mest utbredte gassene som sendes ut av lagunen er: ammoniakk , hydrogensulfid , metan og karbondioksid . Laguneoverløp er forårsaket av defekte laguner, for eksempel sprekker eller feil konstruksjon, eller ugunstige værforhold, for eksempel økt nedbør eller sterk vind. Disse overløpene frigjør skadelige stoffer i det omkringliggende land og vann som: antibiotika , østrogener , bakterier , plantevernmidler , tungmetaller og protozoer .

I USA har Environmental Protection Agency (EPA) svart på miljø- og helsehensyn ved å styrke reguleringen av CAFO -er i henhold til Clean Water Act (CWA). Noen stater har også pålagt sine egne forskrifter. På grunn av gjentatte overløp og helseproblemer som følge av dette, forbød North Carolina bygging av nye anaerobe laguner i 1999. Det har også vært et betydelig press for forskning, utvikling og implementering av miljøvennlige teknologier (EST) som muliggjør tryggere inneslutning og resirkulering av CAFO -avfall.

Bakgrunn

Fra 1950 -tallet med fjærfeproduksjon, og senere på 1970- og 1980 -tallet med storfe og svin, har kjøttprodusenter i USA slått til konsentrert dyrefôring (CAFO) som en måte å mer effektivt produsere store mengder kjøtt. Denne overgangen har kommet den amerikanske forbrukeren til gode ved å øke mengden kjøtt som kan dyrkes og dermed redusere kjøttprisen. Økningen i husdyr har imidlertid generert en økning i gjødsel. I 2006 produserte for eksempel husdyrvirksomhet i USA 133 millioner korte tonn (121 000 000 tonn) gjødsel. I motsetning til gjødsel produsert i en konvensjonell gård, kan CAFO -gjødsel ikke alle brukes som direkte gjødsel på jordbruksareal på grunn av dårlig kvalitet på gjødsel. Dessuten produserer CAFOer et stort volum gjødsel. En fôring med 800 000 griser kan produsere over 1,6 millioner korte tonn (1500 000 tonn) avfall i året. Den store mengden gjødsel som produseres av en CAFO må håndteres på en eller annen måte, ettersom feil gjødselbehandling kan føre til vann-, luft- og jordskader. Som et resultat har innsamling og deponering av gjødsel blitt et økende problem.

For å håndtere avfallet har CAFOer utviklet planer for behandling av avløpsvann fra landbruket . For å spare på manuelt arbeid håndterer mange CAFOer gjødselavfall som væske. I dette systemet holdes dyrene i hager med revet gulv, slik at avfallet og sprøytevannet kan tømmes fra takrenner og føres til lagertanker eller anaerobe laguner. En gang ved en lagune er formålet å behandle avfallet og gjøre det egnet for spredning på jordbruksfelt. Det er tre hovedtyper av lagune: anaerob, som inhiberes av oksygen; aerob, som krever oksygen; og fakultativ, som vedlikeholdes med eller uten oksygen. Aerobe laguner gir en høyere grad av behandling med mindre luktproduksjon, selv om de krever betydelig plass og vedlikehold. På grunn av denne etterspørselen er nesten alle husdyrlaguner anaerobe laguner.

Design

Beskrivelse

Anaerobe laguner er jordbassenger med en vanlig dybde på 8 fot (2,4 meter), selv om større dybder er mer fordelaktige for fordøyelsen ettersom de minimerer oksygendiffusjon fra overflaten. For å minimere lekkasje av animalsk avfall til grunnvannet, er nyere laguner vanligvis foret med leire Studier har vist at lagunene faktisk lekker vanligvis med en hastighet på omtrent 1 millimeter (0,04 tommer) per dag, med eller uten en leirefôr, fordi det er slammet som er avsatt ved foten av lagunen som begrenser lekkasjefrekvensen, ikke leirefôret eller underliggende innfødt jord. Anaerobe laguner blir ikke oppvarmet, luftet eller blandet. Anaerobe laguner er mest effektive i varmere temperaturer; anaerobe bakterier er ineffektive under 15 grader Celsius (59 grader Fahrenheit) Lagoner må skilles fra andre strukturer med en viss avstand for å forhindre forurensning. Statene regulerer denne separasjonsavstanden. Lagunens totale størrelse bestemmes ved tilsetning av fire komponenter: minimum konstruksjonsvolum, mengde lagring av gjødsel mellom deponeringsperioder, fortynningsvolum og volumet av slamakkumulering mellom perioder med slamfjerning.

Prosess

Lagunen er delt inn i to forskjellige lag: slam og væske. Slamlaget er et mer solid lag dannet ved lagdeling av sedimenter fra gjødsel. Etter en stund akkumuleres dette faste laget og må til slutt renses ut. Væskenivået består av fett, avskum og andre partikler. Væskenivået CAFO avløpsvann kommer inn i bunnen av lagunen slik at det kan blande seg med den aktive mikrobielle massen i slamlaget. Disse anaerobe forholdene er ensartede i hele lagunen, bortsett fra på et lite overflatenivå. Noen ganger blir lufting påført dette nivået for å dempe luktene fra lagunene. Hvis overflatelufting ikke påføres, vil det dannes en skorpe som fanger varme og lukt. Anaerobe laguner bør beholde og behandle avløpsvann fra 20 til 150 dager. Laguner bør følges av aerobe eller fakultative laguner for å gi ytterligere nødvendig behandling. Væskelaget dreneres periodisk og brukes til gjødsel. I noen tilfeller kan det gis et deksel for å fange metan, som brukes til energi. Anaerobe lagoner arbeider gjennom en prosess som kalles anaerob fordøyelse . Nedbrytning av det organiske stoffet begynner kort tid etter at dyrene er ugyldige. Laguner blir anaerobe på grunn av det høye biologiske oksygenbehovet (BOD) i avføringen, som inneholder et høyt nivå av oppløselige faste stoffer, noe som resulterer i høyere BOD. Anaerobe mikroorganismer omdanner organiske forbindelser til karbondioksid og metan gjennom syredannelse og metanproduksjon.

Fordeler med konstruksjon

• Gjødsel kan enkelt manipuleres med vann ved hjelp av skyllesystemer, kloakkledninger, pumper og vanningssystemer
• Stabilisering av avfallet gjennom fordøyelse minimerer lukt når gjødsel til slutt brukes som gjødsel
• Gjødsel kan lagres langsiktig til en lav kostnad
• Gjødsel er alt i ett område, i stedet for spredt over et stort landområde (Dette kalles WES, Waste Enlargement System).

Ulemper med konstruksjon

• Krever relativt stort areal
• Gir sterke uønskede lukt, spesielt om våren og høsten
• Ta ganske lang tid for organisk stabilisering på grunn av den langsomme fordøyelsen av slam og den langsomme veksthastigheten til metandannere
• Gjødsel som brukes som gjødsel er av lavere kvalitet på grunn av lav tilgjengelighet av næringsstoffer
• Det kan oppstå nedsenking av avløpsvannet hvis tankene går i stykker eller er feil konstruert
• Vær og andre miljøelementer kan sterkt påvirke sikkerheten og effekten av anaerobe laguner

Miljø- og helseeffekter

Gassutslipp

Astma hos barn som bor i nærheten av en CAFO er konsekvent forhøyet. Prosessen med anaerob fordøyelse har vist seg å frigjøre over 400 flyktige forbindelser fra laguner. Den mest utbredte av disse er: ammoniakk , hydrogensulfid , metan og karbondioksid .

Ammoniakk

I USA kommer 80 prosent av ammoniakkutslippene fra husdyrproduksjon. En lagune kan fordampe opptil 80 prosent av nitrogenet sitt gjennom reaksjonen: NH4+-N -> NH3+H+. Når pH eller temperaturen øker, øker også mengden av flyktig ammoniakk. Når ammoniakk er blitt flyktig, kan den reise så langt som 300 miles, og på nærmere avstander er det luftveisirriterende. Forsuring og eutrofiering av økosystemet rundt lagunene kan skyldes langvarig eksponering for flyktig ammoniakk. Denne flyktige ammoniakken har vært involvert i utbredt økologisk skade i Europa og er av stadig større bekymring for USA.

Hydrogensulfid

Med gjennomsnitt større enn 30ppb har lagunene høy konsentrasjon av hydrogensulfid , noe som er svært giftig. En studie av Minnesota Pollution Control Agency har funnet at konsentrasjoner av hydrogensulfid nær laguner har overskredet statens standard, til og med så langt unna som 4,9 miles. Hydrogensulfid er gjenkjennelig for sin ubehagelige lukt av råtne egg. Fordi hydrogensulfid er tyngre enn luft, har det en tendens til å henge rundt laguner selv etter ventilasjon. Nivåene av hydrogensulfid er på sitt høyeste etter omrøring og under fjerning av gjødsel.

Metan

Metan er en luktfri, smakløs og fargeløs gass. Laguner produserer om lag 2.300.000 tonn per år, med rundt 40 prosent av denne massen som kommer fra lagre av svinefarm. Metan er brennbart ved høye temperaturer og eksplosjoner og branner er en reell trussel ved eller nær laguner. I tillegg er metan en klimagass. US EPA anslår at 13 prosent av alle metanutslippene kom fra husdyrgjødsel i 1998, og dette tallet har vokst de siste årene. Nylig har det vært interesse for teknologi som vil fange metan produsert fra laguner og selge det som energi.

Vannløselige forurensninger

Forurensninger som er vannløselige kan rømme fra anaerobe laguner og komme inn i miljøet gjennom lekkasje fra dårlig konstruerte eller dårlig vedlikeholdte gjødsellaguner samt under mye regn eller sterk vind, noe som resulterer i et overløp av laguner. Disse lekkasjene og overløpene kan forurense omkringliggende overflate og grunnvann med noen farlige materialer som finnes i lagunen. Den alvorligste av disse forurensningene er patogener, antibiotika, tungmetaller og hormoner. Avrenning fra gårder i Maryland og North Carolina er for eksempel en ledende kandidat for Pfiesteria piscicida . Denne forurensningen har evnen til å drepe fisk, og den kan også forårsake hudirritasjon og kortsiktig hukommelsestap hos mennesker

Patogener

Mer enn 150 patogener i gjødsellaguner som har vist seg å påvirke menneskers helse. Friske individer som kommer i kontakt med patogener blir vanligvis raske. Imidlertid har de som har et svekket immunsystem, for eksempel kreftpasienter og små barn, en økt risiko for en mer alvorlig sykdom eller død. Omtrent 20 prosent av den amerikanske befolkningen er kategorisert i denne risikogruppen. Noen av de mer bemerkelsesverdige patogenene er:

E . coli

E. coli finnes i tarmen og avføringen til både dyr og mennesker. En spesielt virulent stamme, Escherichia coli O157: H7 , finnes spesielt i lumen hos storfe som er oppdrettet i CAFOer. Fordi storfe mates korn i CAFOs stedet for gress, dette endrer pH-verdien av hulrommet, slik at det er mer gjestfritt til E . coli . Korn-matet storfe ha 80 prosent mer av denne stamme av E . coli enn gressmatet storfe. Imidlertid er mengden av E . coli som finnes i lumen av storfekjøtt, kan reduseres betydelig ved å bytte et dyr til gress bare noen få dager før slakting. Denne reduksjon vil medføre at den patogene nærvær i både kjøtt og avfall av storfe, og redusere E . coli -populasjon funnet i anaerobe laguner.

The New River Spill

I 1999 traff orkanen Floyd Nord -Carolina, og oversvømmet laguner for svineavfall, frigjorde 25 millioner liter gjødsel til New River og forurenset vannforsyningen. Ronnie Kennedy, fylkesdirektør for miljøhelse, sa at av 310 private brønner som han hadde testet for forurensning siden stormen, hadde 9 prosent, eller tre ganger gjennomsnittet i det østlige Nord -Carolina, fekale koliforme bakterier. Normalt er tester som viser antydninger til avføring i drikkevann, en indikasjon på at det kan bære sykdomsfremkallende patogener, årsak til umiddelbar handling.

Cryptosporidium

Cryptosporidium er en parasitt som forårsaker diaré, oppkast, magekramper og feber. Det er spesielt problematisk fordi det er motstandsdyktig mot de fleste lagunebehandlingsregimer I en studie utført i Canada inneholdt 37 prosent av flytende gjødselprøve fra svin Cryptosporidium.

Andre vanlige patogener

Andre vanlige patogener (og deres symptomer) inkluderer:

• Bacillus anthracis , ellers kjent som miltbrann (hudsår, hodepine, feber, frysninger, kvalme, oppkast)
• Leptospira pomona (magesmerter, muskelsmerter, oppkast, feber)
• Listeria monocytogenes (feber, tretthet, kvalme, oppkast, diaré)
• Salmonella (magesmerter, diaré, kvalme, frysninger, feber, hodepine)
• Clostridium tetani (voldelige muskelspasmer, låsekast, pustevansker)
• Histoplasma capsulatum (feber, frysninger, muskelsmerter, hosteutslett, leddsmerter og stivhet)
• Microsporum og Trichophyton ringorm (kløe, utslett)
• Giardia lamblia (magesmerter, magesmerter, kvalme, oppkast, feber)
• Cryptosporidium (diaré, dehydrering, svakhet, magekramper)
• Pfiesteria piscicida (nevrologisk skade)

Antibiotika

Antibiotika mates til husdyr for å forhindre sykdom og for å øke vekt og utvikling, slik at det blir en forkortet tid fra fødsel til slakting. Imidlertid, fordi disse antibiotika administreres ved under- terapeutiske nivåer, kan bakteriekolonier som bygger opp motstand mot legemidlene ved naturlig utvalg av bakterier som er resistente til disse antibiotika. Disse antibiotikaresistente bakteriene skilles deretter ut og overføres til lagunene, hvor de kan infisere mennesker og andre dyr.

Hvert år administreres 24,6 millioner pund antimikrobielle midler til husdyr for ikke-terapeutiske formål. Sytti prosent av alle antibiotika og relaterte legemidler gis til dyr som tilsetningsstoffer i fôr. Nesten halvparten av antibiotikaene som brukes er nesten identiske med de som ble gitt til mennesker. Det er sterke bevis på at bruk av antibiotika i dyrefôr bidrar til en økning i antibiotikaresistente mikrober og gjør at antibiotika blir mindre effektive for mennesker. På grunn av bekymring for antibiotikaresistente bakterier, vedtok American Medical Association en resolusjon om sin motstand mot bruk av subterapeutiske nivåer av antimikrobielle midler i husdyr.

Hormoner

Veksthormoner som rBST , østrogen og testosteron administreres for å øke utviklingshastigheten og muskelmassen for husdyrene. Likevel blir bare en brøkdel av disse hormonene faktisk absorbert av dyret. Resten skilles ut og havner i laguner. Studier har vist at disse hormonene, hvis de rømmer lagunen og slippes ut i det omkringliggende overflatevannet, kan endre fruktbarhet og reproduktive vaner hos akvatiske dyr.

En studie fant at flere laguner og overvåkingsbrønner fra to anlegg (en barnehage og en farende purkeoperasjon) inneholdt høye nivåer av alle tre typer østrogen. For barnehagen var konsentrasjonene av laguneutløp fra 390 til 620 ng/L for østron , 180 til 220 ng/l for østriol og 40 til 50 ng/l for østradiol . For faringssugedriften varierte konsentrasjonene av avløpsvann og primær lagune fra 9.600 til 24.900 ng/L for østron, 5.000 til 10.400 ng/L for østriol og 2.200 til 3.000 ng/L for østradiol. Etinyløstradiol ble ikke påvist i noen av lagune- eller grunnvannsprøvene. Naturlige østrogenkonsentrasjoner i grunnvannsprøver var generelt mindre enn 0,4 ng/L, selv om noen brønner ved barnehagedriften viste kvantifiserbare, men lave nivåer. "

Tungmetaller

Gjødsel inneholder sporstoffer av mange tungmetaller som arsen , kobber , selen , sink , kadmium , molybden , nikkel , bly , jern , mangan , aluminium og bor . Noen ganger blir disse metallene gitt til dyr som vekststimulerende midler, noen blir introdusert gjennom plantevernmidler som brukes til å kvitte husdyr med insekter, og noen kan passere gjennom dyrene som ufordøyd mat. Sporelementer av disse metallene og saltene fra husdyrgjødsel utgjør en risiko for menneskers helse og økosystemer.

Regulering

For mer informasjon om laguneregulering, se konsentrert dyrefôring

Anaerobe laguner er bygget som en del av et avløpsvanndriftssystem. Som sådan håndteres overholdelse og tillatelse som en forlengelse av operasjonen. Derfor er gjødsellaguner regulert på statlig og nasjonalt nivå gjennom CAFO som driver dem. På grunn av miljø- og helseeffektene forbundet med anaerobe laguner har EPA de siste årene økt reguleringen av CAFOer med et bestemt blikk mot laguner. På statlig nivå forbød North Carolina på grunn av de samme sikkerhetsproblemene bygging av nye anaerobe laguner i 1999 og opprettholdte forbudet i 2007.

Videre forskning

Noen undersøkelser har blitt gjort for å utvikle og vurdere den økonomiske gjennomførbarheten av mer miljøvennlig teknologi. Fem hovedalternativer som er implementert i North Carolina er: et faststoff separasjon/nitrifikasjon – denitrifisering/løselig fosfor fjerning system; et termofilt anaerobt fordøyelsessystem; et sentralisert komposteringssystem; et forgassingssystem; og et forbrenningssystem med fluidisert seng. Disse systemene ble bedømt ut fra deres evne til å: redusere virkninger av CAFO-avfall i overflaten og grunnvannet, redusere ammoniakkutslipp, redusere flukten av sykdomsoverførende patogener og senke konsentrasjonen av tungmetallforurensning.

Det amerikanske landbruksdepartementet (USDA) har også evaluert utsiktene til å lage et cap og handelsprogram for CAFOs karbondioksid- og lystgassutslipp. Dette programmet har ennå ikke blitt implementert, men USDA spekulerer i at et slikt program vil oppmuntre selskaper til å ta i bruk EST -praksis.

Endelig har en mer omfattende studie av anaerobe svinelaguner landsdekkende blitt lansert av US Agricultural Research Service . Denne studien tar sikte på å undersøke sammensetningen av laguner og anaerob lagunens innflytelse på miljøfaktorer og agronomisk praksis.

Se også

• Rensing av avløpsvann fra landbruket
• Anaerob fordøyelse
• Luftet lagune
• Fabrikkoppdrett
• Liste over avløpsvannsteknologi
• Kloakkbehandling

Referanser

Eksterne linker

• Medier relatert til Anaerob lagune på Wikimedia Commons