Кіріспе
Анаэробтық лагуна немесе тыңайтқыш лагунасы – жануарлардың қалдықтарымен толтырылған, адам жасаған ашық жердегі топырақтан жасалған бассейн. Ол жануарларды шоғырландырып бордату орындарынан (CAFO) пайда болатын қалдықтарды басқару және өңдеуге арналған жүйенің бір бөлігі ретінде анаэробты тыныс алу процесінен өтеді. Анаэробтық лагуналар мал төбелерінің астынан шайылып, лагунаға құбырлар арқылы жіберілетін тыңайтқыш қоспасынан құралады. Кейде тыңайтқыш қоспасын лагунаға құю алдында, қоралардың астында немесе жанындағы аралық сақтау резервуарына орналастырады. Лагунаға түскеннен кейін тыңайтқыш екі қабатқа бөлінеді: қатты немесе шлам қабаты және сұйық қабат. Содан кейін тыңайтқыш анаэробты тыныс алу процесінен өтеді, оның барысында ұшпалы органикалық қосылыстар көмірқышқыл газы мен метанға айналады. Анаэробтық лагуналар көбінесе жоғары концентрациялы өнеркәсіптік және тұрмыстық сарқынды суларды алдын ала өңдеу үшін қолданылады. Бұл, алдын ала өңдеу процесі ретінде, суспензиядағы қатты заттардың алдын ала шөгуіне мүмкіндік береді. Анаэробтық лагуналар қоршаған ортаға және денсаулыққа зиянды әсер ететін заттарды жинақтап, шығарады. Бұл заттар екі негізгі арна арқылы шығарылады: газ шығарылымдары және лагунаның толып кетуі. Газ шығарылымдары үздіксіз болып тұрады (мөлшері маусымға байланысты өзгеруі мүмкін), және тыңайтқыш қоспасының өнімі болып табылады. Лагунадан шығатын ең көп таралған газдар: аммиак, күкірттегіш сутек, метан және көмірқышқыл газы. Лагунаның толып кетуіне лагуналардың зақымдануы немесе дұрыс салынбауы, сондай-ақ жауын-шашынның артуы немесе күшті желдер сияқты қолайсыз ауа-райы жағдайлары себеп болады. Бұл толып кетулер қоршаған жер мен суға зиянды заттарды шығарады, мысалы: антибиотиктер, эстрогендер, бактериялар, пестицидтер, ауыр металдар және протозоалар. АҚШ-та Қоршаған ортаны қорғалау агенттігі (EPA) экологиялық және денсаулық сақтау мәселелеріне жауап ретінде, Таза су туралы заңға сәйкес CAFO-ны реттеуді күшейтті. Кейбір штаттар өздерінің ережелерін де қабылдады. Қайталап толып кету және денсаулыққа қауіп төндіру салдарынан Солтүстік Каролина штаты 1999 жылы жаңа анаэробтық лагуналар салуға тыйым салды. Сондай-ақ, CAFO қалдықтарын қауіпсіз сақтауға және қайта өңдеуге мүмкіндік беретін экологиялық таза технологияларды зерттеу, дамыту және енгізуге үлкен күш жұмсалды.
An anaerobic lagoon or manure lagoon is a man made outdoor earthen basin filled with animal waste that undergoes anaerobic respiration as part of a system designed to manage and treat refuse created by concentrated animal feeding operations (CAFOs). Anaerobic lagoons are created from a manure slurry, which is washed out from underneath the animal pens and then piped into the lagoon. Sometimes the slurry is placed in an intermediate holding tank under or next to the barns before it is deposited in a lagoon. Once in the lagoon, the manure settles into two layers: a solid or sludge layer and a liquid layer. The manure then undergoes the process of anaerobic respiration, whereby the volatile organic compounds are converted into carbon dioxide and methane. Anaerobic lagoons are usually used to pretreat high strength industrial wastewaters and municipal wastewaters. This allows for preliminary sedimentation of suspended solids as a pretreatment process. Anaerobic lagoons have been shown to harbor and emit substances which can cause adverse environmental and health effects. These substances are emitted through two main pathways: gas emissions and lagoon overflow. Gas emissions are continuous (though the amount may vary based on the season) and are a product of the manure slurry. The most prevalent gasses emitted by the lagoon are: ammonia, hydrogen sulfide, methane, and carbon dioxide. Lagoon overflow is caused by faulty lagoons, such as breaches or improper construction, or adverse weather conditions, such as increased rainfall or strong winds. These overflows release harmful substances into the surrounding land and water such as: antibiotics, estrogens, bacteria, pesticides, heavy metals, and protozoa. In the U. S., the Environmental Protection Agency (EPA) has responded to environmental and health concerns by strengthening regulation of CAFOs under the Clean Water Act. Some states have imposed their own regulations as well. Because of repeated overflows and resultant health concerns, North Carolina banned the construction of new anaerobic lagoons in 1999. There has also been a significant push for the research, development and implementation of environmentally sound technologies which would allow for safer containment and recycling of CAFO waste.
Өмірбаян
1950 жылдары құс шаруашылығымен, кейін 1970 және 1980 жылдары ірі қара және шошқа шаруашылығымен басталған АҚШ-тағы ет өндірушілер CAFO (жабық мал шаруашылығы кешендері) жүйесіне үлкен көлемде ет өндірудің тиімді жолы ретінде жүз бұрды. Бұл ауысу ет бағасын төмендетті. Дегенмен, мал басының артуы нәтижесінде тыңайтқыш көлемі де артты. Мысалы, 2006 жылы АҚШ-тағы мал шаруашылықтарынан қалдықтар өндірілді. Қалдықтарды басқару үшін CAFO кешендері ауыл шаруашылығы қалдық суларын тазарту жоспарларын жасады. Еңбек шығындарын азайту мақсатында көптеген CAFO кешендері тыңайтқыш қалдықтарын сұйық күйде өңдейді. Бұл жүйеде жануарлар решеткалы едені бар қораларда ұсталады, соның арқасында қалдықтар мен жуу суы еден астындағы дренаж жүйесі арқылы жиналып, сақтау резервуарларына немесе анаэробтық лагуналарға тасымалданады. Зерттеулер көрсеткендей, лагуналар, саз қабатымен немесе онсыз, күніне шамамен бір рет ағып шығады, себебі лагунаның түбінде жиналған шлам ағып кету жылдамдығын шектейді, ал саз қабаты немесе жер қойнауы оған әсер етпейді. Анаэробтық лагуналар жылытылмайды, ауамен желдетілмейді немесе араластырылмайды. Анаэробтық лагуналар жылы температурада тиімдірек жұмыс істейді, себебі анаэробтық бактериялар төмен температурада тиімсіз болады. Лагуналар ластанудың алдын алу үшін басқа құрылымдардан белгілі бір қашықтықта орналасуы керек. Бұл қашықтықты мемлекеттік реттеулер арқылы анықтайды. Лагунаның жалпы көлемі төрт компоненттің қосылуы арқылы есептеледі: ең төменгі жобалық көлем, қалдықтарды шығару арасындағы тыңайтқыштарды сақтау көлемі, сұйыту көлемі және шламды шығару арасындағы шлам жиналу көлемі. Анаэробтық ыдырау процесі лагуналардан 400-ден астам ұшпалы қосылыстардың шығарылуына себеп болады. Олардың ішінде ең көп кездесетіндері: аммиак, күкірттегіш сутек, метан және көмірқышқыл газы.
Аммиак
Америка Құрама Штаттарында аммиак шығарылымдарының 80 пайызы мал өндірісінен келіп шығады. Лагуна өзінің азотының 80 пайызын булануға ұшыратуы мүмкін. Бұл буланып кеткен аммиак Еуропада кең ауқымды экологиялық зиянға себепкер деп саналады және АҚШ үшін де маңызды мәселеге айналуда.
Сутек сульфиді
Орташа көрсеткіші 30 п.б.-ден жоғары лагуналарда сутегі сульфидінің концентрациясы жоғары, ол өте улы. Метан жоғары температурада өртке қабілетті, сондықтан лагуналардың өзінде немесе олардың жанында жарылыс және өрт қаупі зор. Сонымен қатар, метан парниктік газ. АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің 1998 жылғы есебі бойынша, метан шығарылымының 13 пайызы малдың қалдықтарынан болған, және соңғы жылдары бұл көрсеткіш артқан.
Суда еритін ластаушылар
Суда еритін ластағыштар анаэробты лагуналардан шығып, нашар салынған немесе дұрыс күтілмеген тыңайтқыш лагуналарынан, сондай-ақ артық жаңбыр немесе күшті жел кезінде лагуналардың толып кетуі арқылы қоршаған ортаға таралуы мүмкін.
Патогендер
150-ден астам патогендер әсемдеу лагуналарында табылған, олар адам денсаулығына әсер етеді. Бұл азайту малдың еті мен қалдықтарындағы патогендердің мөлшерін, сондай-ақ анаэробты лагуналардағы E. coli популяциясын төмендетеді.
Криптоспоридий
Криптоспоридий – диарея, құсу, іш ауруы және қызба тудыратын паразит. Ол әсіресе проблемалық, себебі көптеген лагуналық тазалау жүйелеріне төзімді.
Басқа кең таралған патогендер
Басқа жиі кездесетін патогендер (және олардың белгілері) мыналарды қамтиды: Барлық антибиотиктер мен оған қатысты препараттардың жетпіс пайызы малға жем қосылысы ретінде беріледі.
Ауыр металдар
Қоқыста арсеник, мыс, селен, мырыш, кадмий, молибден, никель, қорғасын, темір, марганец, алюминий және бор сияқты көптеген ауыр металдардың іздік элементтері кездеседі. Кейде бұл металдар жануарларға өсуді жақсарту үшін беріледі, ал кейбіреулері малдарды жәндіктерден қорғау үшін қолданылатын пестицидтер арқылы түседі, сондай-ақ кейбіреулері жануарлардың толық қорытылмаған тағамы арқылы өтуі мүмкін. Аудандық қоршаған орта денсаулығы жөніндегі директор Ронни Кеннеди бұрынғы дауылдан бері сынаған 310 жеке ұңғыманың 9 пайызында, яғни Солтүстік Каролина штатының шығыс бөлігіндегі орташа көрсеткіштен үш есе көп, фекальді колиформ бактериялары табылды деді. Әдетте, ішуге арналған судағы нәжіс іздерінің кездесуі, ол ауру тудыратын патогендерді тасымалдауы мүмкін екенін көрсетеді, дереу шаралар қабылдануына себеп болады.
Реттеу
Анаэробты лагуналар ағын суларды пайдалану жүйесінің құрамына енгізіледі. Осыған байланысты, сәйкестік және рұқсат алу осы жүйенің аясында жүзеге асырылады. Сондықтан, тыңайтқыш лагуналары оларды басқаратын CAFO арқылы мемлекеттік және ұлттық деңгейде реттеледі. Соңғы жылдары анаэробты лагуналармен байланысты экологиялық және денсаулыққа зиянды әсерлеріне байланысты, EPA лагуналарға ерекше назар аудара отырып, CAFO-ны реттеуді күшейтті. Солтүстік Каролина штаты 1999 жылы жаңа анаэробты лагуналар салуға тыйым салып, 2007 жылы осы тыйымды сақтап қалды.
Қосымша зерттеулер
Экологиялық жағынан артықшылықтары бар технологияларды әзірлеу және олардың экономикалық мүмкіндігін бағалау үшін бірқатар зерттеулер жүргізілді. Солтүстік Каролина штатында қолданылған бес негізгі балама: қатты заттарды бөлу/нитрификация-денитрификация/ерітілген фосфорды жою жүйесі; термофильді анаэробты дигестор жүйесі; орталықтандырылған компосттау жүйесі; газдандыру жүйесі; және ағынды жатынды күйдіру жүйесі. Бұл жүйелер келесі мүмкіндіктері бойынша бағаланды: CAFO қалдықтарының жер беті және жер асты суларына тигізетін зиянын азайту, аммиак шығарылымдарын төмендету, ауру тарататын патогендердің таралуын болдырмау және ауыр металлдардың ластану деңгейін төмендету.