Современное технологии для переработки и утилизации навозных и пометных стоков в удобрения
При переводе животноводства на промышленную основу ежегодно в стране на предприятиях АПК образуется сотни миллионов тонн навозной и пометной массы. Скопление навоза и помета, количество которого часто значительно превышает естественный потенциал биодеградации, приводит к серьезному обострению проблемы охраны окружающей среды: нитратному и микробному загрязнению почв, воздуха, поверхностных и грунтовых вод. Микробное и общее загрязнение в районе расположения таких комплексов во много раз превышает естественный фон.
Проблема же утилизации отходов сельскохозяйственного производства стоит очень остро, поскольку аграрный сектор занимает значительное место в экономике страны и имеется большое количество животноводческих комплексов.
Благодаря использованию новых прогрессивных технологий, за последние годы значительно увеличилось производство животноводческой продукции, что естественным образом увеличивает количество навоза и помета. При этом во многих хозяйствах используется относительно новая система удаления навоза и помета — гидросмыв. Результатом ее работы являются жидкие навозные и пометные стоки, которые наиболее экологически опасны, а вопрос их очистки, дегельминтизации и утилизации только начинает изучаться.
Основной сложностью утилизации жидких стоков является то, что при гидросмыве навоз и помет разбавляется водой, а это увеличивает период выживаемости патогенной микрофлоры более чем в три раза. Длительные периоды выживаемости микрофлоры в жидком навозе, зараженном возбудителями заболеваний (кишечная палочка, бацилла дизентерии, возбудители холеры и тифа, вирусы гепатита и гриппа, сальмонелла, цисты Giardia lamblia, Cryptosporidium, и многих др.), указывают на то, что даже после длительного хранения сохраняется потенциальная опасность инфекции.
Причиной загрязнения окружающей среды жидкими животноводческими стоками (загрязнение почв, вод и воздуха) является отсутствие адаптированных под гидросмыв эффективных очистных сооружений и специального оборудования. А существующие канализационно-очистные сооружения долгие годы не модернизировались и заполнены до предела. У большинства же хозяйств вообще нет специальных средств утилизации жидких стоков. А для крупных хозяйств объем жидких стоков подлежащих утилизации составляет от 100 до 1500 куб.м. в сутки.
Ситуация, когда навозохранилища и ливнесборники заполнены на 80-100%, не оборудованы площадки для хранения навоза, территории ферм занавожены, является типичной для большинства хозяйств. Что приводит к загрязнениям прилежащих рек и озер (в т.ч., которые входят в систему водозабора), грунтовых вод. Ситуация крайне обостряется во время паводка и ливневых дождей, когда уровень рек и грунтовых вод резко поднимается. Каждую весну вместе с талой водой в реки попадают тонны отходов животной жизнедеятельности.
В настоящее время утилизация животноводческих стоков осуществляется на основе безнадежно устаревших методов: отстаивание в не защищенных от осадков и грунтовых вод лагунах и вывоз или перекачка на поля стоков в <чистом> виде. И то эти методы используются лишь ограниченным числом хозяйств по причине отсутствия посевных площадей, высокой стоимости энергоносителей, отсутствия специальных транспортных систем и по другим проблемам. Большинство же хозяйств осуществляют слив стоков в водоемы, овраги, котлованы, лагуны, канализацию водоканала, что также приводит к перечисленным выше последствиям. Но даже вывоз животноводческих стоков на поля в <чистом> виде приводит к не менее значимым экологическим проблемам, а именно к внесению в почву большого количества жизнеспособных семян сорных растении, болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и вредных химических соединений, а также к накоплению в почве тяжёлых металлов. Анализы зелёной массы, полученной на этих полях, показывает, что содержание в ней нитратов завышено, и составляет 883 мг/кг. Кроме того, большое количество растительных и легниносодержащих компонентов, содержащихся в стоках, до 30% от общего состава сухих веществ (солома, остатки корма, подстилка, не переваренный корм и т.д.), приводит к тому, что азот в почве, так необходимый растениям, используется не для питания корневой системы, а для процессов разложения органических остатков.
Дополнительной проблемой является загрязнение воздуха. Многочисленные исследования подтверждают отрицательное влияние животноводческой фермы на состояние воздуха прилегающих территорий. Например, птицефабрика на 400 тыс. несушек получает в год такое количество помёта, что при разложении его выделяется около 700 т. газов, в том числе 450 т. метана (65%), 208 т. углекислого газа (30%) и 35 т. водорода, индола, скатола, сероводорода, аммиака и других соединений (5%). Ущерб экосистеме от такого выброса оценивается в 440 млн. руб. Даже в 50 — 200 метрах от фермы загрязнение воздуха очень значительно — около 78% (6800 м. кл./м3) от загрязненности на ферме. Кроме того, содержание бацилл на территории фермы (5,7 тыс.м.кл./м3) и прилегающей территории (5,4 тыс.м.кл./м3) преобладает над содержанием кокков — 3,0 и 1,4 тыс.м.кл./м3 соответственно, что так же свидетельствует о негативном влиянии фермы на загрязнение воздуха.
Причиной того, что жидкие животноводческие отходы стали сегодня серьезной экологической проблемой всех без исключения, загрязняя почву, грунтовые воды и воздух, является отсутствие совершенной технологии их очистки и дальнейшего использования. Защита окружающей среды требует, чтобы колоссальные объёмы стоков, производимые сегодняшним животноводством, перерабатывались экологически целесообразными методами, использующими передовые технологии.
На сегодняшний день такие технологии разработаны и эффективно применяются не только с экологической точки зрения, но и с экономической.
Поскольку жидкий навоз — это смесь твёрдых частиц и жидкостей, решение проблемы заключается в том, чтобы отделить твёрдые частицы прежде, чем их загрязняющие окружающую среду элементы растворятся в жидкости.
На сегодняшний день на рынке представлены несколько конструкций технологического оборудования для разделения жидких животноводческих стоков на фракции: стационарные вибро-сита; процеживатели; фильтр-прессы и шнековый пресс-сепаратор.
Можно констатировать тот факт, что шнековый пресс-сепаратор стоков — это лучшая из доступных сегодня технологий для выполнения задачи по разделению жидких животноводческих стоков на фракции. А удаление твёрдых частиц из жидких животноводческих стоков позволит минимизировать вредное влияние на окружающую среду.
Остальное оборудование для обезвоживания жидкого навоза показало свою неэффективность по разным причинам: низкое качество отжатого материала, высокие требования по влажности для входной жидкости, сложность обслуживания и монтажа, высокая стоимость. В частности, большинство сепараторов работают по принципу отфильтровывания жидкости через сито, вытекающей под действием силы тяжести. Такие сепараторы требуют трудоёмкой очистки и производят мокрый материал. Модели сепараторов с вальцовым прессом более дороги в обслуживании и не дают существенного улучшения в осушении материала.
Сепаратор же компании , осуществляет прессование при помощи шнека, что позволяет выдавливать всю свободную воду и большинство связанной воды. Это единственный сепаратор для переработки навоза и помета, эффективно отделяющий твёрдые составляющие навоза, которые получаются достаточно сухими, а концентрация сухих веществ составляет около 40%. Физико-механические свойства отсепарированной твердой фракции идеально подходят для компостирования, конечным продуктом которого является высококачественное органическое удобрение или подстилка для животных. Жидкая фракция после сепарации характеризуется нейтральной реакцией, высоким содержанием положительных биогенных элементов и благоприятным соотношением Фосфора, Азота и Калия — 1,4:1,0:1,6. Содержание взвешенных веществ составляет 1,2%., при полном отсутствии патогенной микрофлоры и яиц гельминтов. Жидкая фракция используется при повторном гидросмыве или в качестве органического удобрения при орошении почв. В ходе исследования проведенного на пшенице, использование жидкой фракции в качестве удобрения — 300 куб.м./га в год, привело к увеличению урожайности на 0,6 т./га, при этом не происходило загрязнения почвы слоя в 30 и 60 см., содержание нитратов, тяжелых металлов и химических соединений осталось значительно ниже ПДК, при полном отсутствии влияния на содержание патогенной микрофлоры и яиц гельминтов.
При этом шнековый пресс-сепаратор отличается высокой производительностью и способен переработать до 70 куб.м. жидких стоков в час, при этом потребляя всего 5,5 кВт./ч. эл. энергии. А его стоимость в несколько раз ниже экологических штрафов, что делает его доступным даже малым хозяйствам. Кроме того, при реализации продуктов переработки (удобрения и подстилка для животных) на свободном рынке, затраты потраченные на приобретение сепаратора окупятся не более чем за 6:12 месяцев.
Пример: коровий навоз как источник удобрений
При правильном использовании навоза на большинстве ферм потребуется лишь малая часть покупных удобрений или же не потребуется вообще. В большинстве случаев в навозе содержится достаточно азота, фосфора и калия, а также некоторых других питательных элементов, необходимых для производства кормов.
Более половины питательных веществ, включенных в рацион животных, выводятся с навозом. Залогом успеха является понимание того, что навоз следует перерабатывать и использовать как источник питательных веществ для производства корма. К примеру, в навозе от одной дойной коровы содержится достаточно азота для удобрения 0,6 га кукурузы на силос.
Оборот питательных веществ на молочной ферме
Питательные вещества поступают с кормом либо удобрениями. Коровы потребляют питательные вещества из корма, и они используются в процессах обмена веществ и производства молока.
Некоторая часть питательных веществ уходит с молоком, но большая выводится с навозом и остается на ферме. Внесение навоза в почву возвращает ей питательные элементы, которые заново используются для производства корма.
На Рис.1 показан оборот питательных веществ на молочной ферме.
Рис. 2 изображает потребление коровой корма в день и заключительный этап оборота питательных веществ. Обратите внимание на то, что более половины питательных веществ, изначально содержащихся в корме, выводятся с навозом.
Каждый год 635-килограмовая дойная корова, которая дает 32 л молока в день, выделяет с навозом следующее количество питательных веществ:
- 136 кг азота
- 20 кг фосфора
- 75 кг калия
Сравните эти данные с гораздо меньшим количеством питательных веществ, каждый год уходящих с фермы с молоком:
- 45,4 кг азота
- 9 кг фосфора
- 14 кг калия
Только от 15 до 25% питательных веществ, содержащихся в корме, поступают в молоко. Большая часть остается в навозе — ценном источнике удобрений для производства корма.
На Рис.3 показано соотношение азота, фосфора и калия, выводимых с навозом и уходящих с молоком.
Распределение питательных веществ
Не все питательные вещества равным образом распределяются в моче и кале. Большая часть фосфора остается в кале, в то время как большая часть калия выходит с мочой. Азот одинаково присутствует в моче и кале.
На Рис.4 показано распределение выводимых из организма питательных веществ.
