CC BY
14
УДК 631.67.03: 628.316.13
Канд. техн. наук Ю.Е. ДОМАШЕНКО (РосНИИПМ, domachenko_u@list.ru)
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОДГОТОВКИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ ХОЗЯЙСТВ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
Мощности комплексов составляют: по выращиванию и откорму молодняка крупного рогатого скота (КРС) 5 и 10 тыс. гол. в год, а также площадки по откорму КРС на 5, 10, 20 и 30 тыс. скотомест; по производству молока - на 400, 600, 800, 1200, 1600 и 2000 коров; по выращиванию нетелей - на 3 и 6 тыс. скотомест [1].
Бесподстилочный навоз, получаемый на крупных фермах и комплексах промышленного типа при скармливании животным значительного количества концентрированных кормов, отличается повышенным содержанием элементов питания растений. Выход жидкого навоза от одной головы крупного рогатого скота составляет 55 кг в сутки, свиньи - 50 кг. В табл. 1 приведены средние данные о химическом составе не разбавленного водой бесподстилочного навоза (смесь кала и мочи). При уменьшении в рационах количества концентратов содержание азота и фосфора несколько снижается, а калия - увеличивается [2, 3].
Таблица 1. Средние данные о химическом составе не разбавленного водой бесподстилочного навоза [2]
Компоненты Навоз
крупного рогатого скота свиней овец куриный
Сухое вещество, % 14,55 9,8 28,3 36,0
Азот общий, % 0,77 0,72 0,95 2,1
Фосфор (Р2О5), % 0,44 0,22 0,22 1,44
Калий(К 2 О), % 0,76 0,75 0,75 0,64
В основу разработки технического решения по подготовке жидких отходов животноводческих хозяйств по выращиванию крупного рогатого скота для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий положены следующие принципы:
- снижение стоимости реагентной обработки жидких отходов с помощью сокращения числа и расхода реагентов;
- ускорение процесса отстаивания смеси;
- уменьшение количества стадий подготовки жидких отходов при сохранении удобрительной ценности получаемого осадка.
Целью исследования является разработка технологии подготовки животноводческих стоков с помощью коагулянта полиалюминия гидрохлорида БОПАК-Е (ТУ 216350-00439928758-08).
Материалы, методы и объекты исследования. Полимерный коагулянт БОПАК-Е обладает способностью образовывать комплексные соединения с широким спектром органических и неорганических веществ в воде. Принципиально отличается от обычных солей алюминия тем, что имеет так называемую поверхностную кислотную оболочку, которая обеспечивает максимально высокую эффективность очистки вод от взвешенных веществ и металлов. По санитарным характеристикам соответствует качеству, предъявляемому к пищевым продуктам, и изготавливается из чистых соединений соляной кислоты и металлического алюминия. Коагулянт вводится в жидкие отходы при непрерывном перемешивании в течение 2-5 минут в виде 1-5% раствора [4]. Практика применения полиоксихлоридов алюминия при коагуляционной водообработке
свидетельствует о возможности сокращения доз этих коагулянтов в сравнении с использованием других коагулянтов (сульфат алюминия АЬ(804), хлорид железа БеС1з •6Н2О).
Объектом исследования в данной работе являлись животноводческие стоки крупного рогатого скота.
Проведены исследования по влиянию БОПАК-Е на животноводческие стоки крупного рогатого скота с содержанием взвешенных веществ с концентрацией 10-15% на дестабилизацию коллоидной смеси (животноводческих стоков). Доза флокулянта составила 3-5 мл. Начальная влажность стока - 96%, плотность - 1,024 кг/м3. Объем проб для исследования взят одинаковый (105 мл). Перед реагентной обработкой проведена грубая механическая очистка стоков через сетчатый фильтр.
Результаты исследования. Технология подготовки животноводческих стоков основывается на разделении жидких отходов животноводческих хозяйств по выращиванию крупного рогатого скота. Предлагается применять в качестве реагента - коагулянт полиалюминий гидрохлорида БОПАК-Е (ТУ 216350-004-39928758-08).
В результате фракционирования животноводческих стоков образуются жидкая и твердая фракции, при этом жидкая фракция имеет специфическую желто-зеленую окраску, по всей видимости, обусловленную присутствием естественных пигментирующих веществ (рис. 1, 2).
50 Н-1-1-1-1-1-1
5 10 15 20 25 30 35
Время отстаивания, мин
Рис. 1. Зависимость эффективности отстаивания животноводческих стоков от времени
(доза БОПАК-Е 4 мл)
Рис.2. Зависимость эффективности отстаивания животноводческих стоков от времени
(доза БОПАК-Е 5 мл)
На основании проведенных исследований установлено, что предлагаемый коагулянт-флокулят позволяет осуществлять эффективное фракционирование животноводческих стоков и, как показывают графические зависимости, достоверность полученных данных колеблется в диапазоне от 90 до 96%.
Таким образом, данный коагулянт-флокулянт может быть рекомендован к использованию в технологическом процессе по подготовке жидких отходов животноводческих хозяйств по выращиванию крупного рогатого скота. Он имеет следующую последовательность: жидкие отходы комплексов и ферм по выращиванию крупного рогатого скота обрабатываются 1-5% раствором полиалюминия гидрохлорида БОПАК- Е при непрерывном перемешивании в течение 2-5 мин., при этом значение рН остается неизменным. После отстаивания в течение 40-60 мин. смесь разделяется на жидкую фракцию и осадок - органическое удобрение. В результате разделения смеси на твердую и жидкую фракции в осадке (органическом удобрении) наблюдается концентрация ценных биогенных компонентов, таких как фосфор, азот, калий.
Для апробации технологии в лабораторных условиях проведены исследования по влиянию полиалюминия гидрохлорида БОПАК-Е на жидкие отходы животноводческих хозяйств. Стоки обрабатывались 5% раствором полиалюминия гидрохлорида БОПАК-Е при непрерывном перемешивании в течение 5 мин., при этом содержание остаточного алюминия не превышает предельно допустимых концентраций (ПДК) и составляет 0,04 мг/дм3. После отстаивания в течение 40 мин. смесь жидких отходов и коагулянта разделилась на жидкую фракцию со специфической буроватой окраской и осадок - органическое удобрение. При этом эффективность отстаивания смеси составила 80%. Результаты определения рН, влажности, значений концентраций аммонийного азота, общего фосфора, общего калия, ХПК и остаточного алюминия для предложенного способа обработки полиалюминием гидрохлоридом БОПАК-Е в жидких отходах животноводческих хозяйств по выращиванию крупного рогатого скота приведены в табл. 2.
Таблица 2 . Результаты определения физико-химических показателей и содержания биогенных элементов в исходных жидких отходах животноводческих хозяйств до и после их реагентной обработки
Показатели Жидкая фаза Твердая фаза
до обработки после обработки до обработки после обработки
рН 6,6 6,7 6,7 6,8
Влажность,% 92,6 100,00 89,0 90,2
Р2О5, мг/дм3 620 200 230 650
К2О , мг/дм3 830 300 450 980
КН4, мг/дм3 856 434 354 743
ХПК, мг/дм3 15050 10040 17600 11900
Остаточный алюминий А1, мг/дм3 0 0 0 0,04
Достижение высокого качества сельскохозяйственной продукции возможно при правильном сочетании органических и минеральных удобрений, включая микроэлементы, правильных соотношений элементов питания и выборе форм удобрений, соблюдении сроков их внесения. Получаемая твердая фаза (осадок) при фракционировании животноводческих стоков от крупного рогатого скота по своим качественным характеристикам является органоминеральным удобрением, согласно действующим нормативным документам [5]. В своем составе получаемое органоминеральное удобрение имеет непосредственно органическую часть и минеральную, которая представлена основными элементами питания -К, Р, К и микроэлементами. Рассчитаем необходимое количество органоминерального удобрения для озимой пшеницы. Озимые хлеба имеют очень продолжительный период потребления питательных веществ, начинающийся осенью и заканчивающийся на
следующий год к фазе цветения. Озимая пшеница обладает большим биологическим потенциалом и, как правило, лучше отзывается на внесение удобрений. Дальнейший расчет будет вестись на планируемый урожай пшеницы, например, в 40 ц/га (табл. 3). Содержание в почве основных биогенных элементов составит: N - N03 = 105,6 кг/га; Р2О5 = 96 кг/га; К2О =182,4 кг/га в слое почвы 0-40 см и средней плотности 1,2 г/см3 [7-9].
Таблица 3. Расчет доз удобрений
Показатель N Р K
Вынос NPK пшеницей, ц/га 3,5 1,2 2,3
Вынос №К с урожаем 40 ц/га 140 48 92
Содержится в почве NPK, кг/га 105,6 96 182,4
Коэффициент использования NPK из почвы, % 50 15 10
Поступило NPK из почвы, кг/га 52,8 14,4 18,24
Дефицит NP, который нужно внести с удобрениями, кг/га 87,2 33,6 —
Коэффициент использования NPK из удобрений, % 60 20 —
Требуется внести NPK 145,3 168 —
На основании проведенного расчета установлено, что для получения урожая в размере 40 ц/га зерна озимой пшеницы требуется внести ^45Р168 кг/га. Так как среди зерновых наибольшей потребностью в азоте отличаются озимая и яровая пшеница, поэтому расчет будет вестись по азоту. Разработанную систему удобрений необходимо вносить с учетом особенностей питания растений. Традиционно рекомендуется вносить под озимые хлеба отдельно органические удобрения, фосфорные и калийные удобрения. Полученное в результате фракционирования органоминеральное удобрение в своем составе имеет достаточное количество основных биогенных элементов. Так, для описанного примера органоминерального удобрения по азоту потребуется 474 кг/га, фосфору (по Р2О5) - 182 кг/га. Учитывая потребности в питании озимой пшеницы в отдельных биогенных компонентах, в зависимости от стадии развития рекомендуется вносить под вспашку - 261 кг/га (N80), при посеве - 65 кг/га (N20), ранне-весеннюю подкормку - 147 кг/га. Данные приводятся в объемных размерностях, так как получаемый осадок используется в жидком виде. Наибольшее количество удобрения вносится под запашку с целью более полного усвоения присутствующего в составе калия, поскольку при неблагоприятных условиях для его усвоения он фиксируется почвой и переходит в необменные, малодоступные формы, в независимости от потребности почв в этом элементе.
Выводы.
1. В результате реализации предложенных технологий осуществляется фракционирование животноводческих стоков на прозрачную жидкую, пригодную для орошения, и твердую фракции. При этом твердая фракция является полноценным органоминеральным удобрением, соответствующим основным агротехническим требованиям.
2. Полезные свойства минеральных веществ органоминерального удобрения, получаемого из животноводческих стоков, усиливается органической составляющей, поэтому его использование позволит значительно повысить плодородие почв, увеличить урожайность и качество сельскохозяйственной продукции. Кроме того, животноводческие стоки, основа органоминерального удобрения, обладают свойством последействия, в частности, на черноземах до 11 -12 лет.
Литература
1. Очистка, утилизация и влияние на природную среду сточных вод животноводческих комплексов: обзорная информация / сост. Ю. И. Ворошилов, Н.Г. Ковалёв, Т.С. Мальцман
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
// Всесоюзный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по сельскому хозяйству. - М.: ВНИИТЭИСХ, 1979. - 59 с. Переработка навоза животноводческих комплексов / И.И Шигапов, АС. Кадырова, Л.С. Осипова // Наука в современных условиях: от идеи до внедрения: материалы международной научно-практической конференции. - (Димитровград, 27 апр. 2012). -Димитровград: Технологический институт - филиал ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА имени П.А. Столыпина», 2012. - С. 143-146.
Peng L. et al. Characterization and application of bioflocculant prepared by Rhodococcus erythropolis using sludge and livestock wastewater as cheap culture media //Applied microbiology and biotechnology. - 2014. - Т. 98. - №. 15. - С. 6847-6858. Пат. 2350571 Российская Федерация, МПК C 02 F11/14, C 02 F1/52. Способ подготовки жидких отходов животноводческих хозяйств по выращиванию крупного рогатого скота для сельскохозяйственного использования: / Домашенко Ю.Е., Суржко О.А - № 2007127042/15; заявл. 16.07.2007; опубл. 27.03.2009., Бюл. № 9. - 5 с.
ГОСТ Р 50611-93. Удобрение комплексное органоминеральное. Технические условия. -М.: Гостандарт России, 1993. - 6 с.
Vasanthi D. et al. Effects of manure-fertilizer schedules on the yield and uptake of nutrients by cereal fodder crops and on soil fertility //Journal of the Indian Society of Soil Science. - 2000. -Т. 48. - №. 3. - С. 510-515.
Афанасьева Р.А., Мерзлая Г.Е. Методические рекомендации по изучению эффективности нетрадиционных методов получения органических и органоминеральных удобрений. - М.: Эгроконсалт, 2000. - 40с.
Справочная книга по производству и применению органических удобрений / под ред. А.И. Еськова. - Владимир, 2001. - 495 c.
Практикум по агрохимии / под ред. В.Г. Минеева. - М.: МГУ, 2001. - 512 с.
Literatura
Ochistka, utilizaciya i vliyanie na prirodnuyu sredu stochnyh vod zhivotnovodcheskih kompleksov: obzornaya informaciya / sost. YU. I. Voroshilov, N.G. Kovalyov, T.S. Mal'cman // Vsesoyuznyj nauchno-issledovatel'skij institut informacii i tekhniko-ehkonomicheskih issledovanij po sel'skomu hozyajstvu. - M.: VNIITEHISKH, 1979. - 59 s. Pererabotka navoza zhivotnovodcheskih kompleksov / I.I SHigapov, AS. Kadyrova, L.S. Osipova // Nauka v sovremennyh usloviyah: ot idei do vnedreniya: materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. - (Dimitrovgrad, 27 apr. 2012). - Dimitrovgrad: Tekhnologicheskij institut - filial FGBOU VPO «Ul'yanovskaya GSKHA imeni P.A. Stolypina», 2012.- S. 143-146.
Peng L. et al. Characterization and application of bioflocculant prepared by Rhodococcus erythropolis using sludge and livestock wastewater as cheap culture media //Applied microbiology and biotechnology. - 2014. - Т. 98. - №. 15. - С. 6847-6858. Pat. 2350571 Rossijskaya Federaciya, MPK C 02 F11/14, C 02 F1/52. Sposob podgotovki zhidkih othodov zhivotnovodcheskih hozyajstv po vyrashchivaniyu krupnogo rogatogo skota dlya sel'skohozyajstvennogo ispol'zovaniya: / Domashenko YU.E., Surzhko O.A - № 2007127042/15; zayavl. 16.07.2007; opubl. 27.03.2009., Byul. № 9. - 5 s.
GOST R 50611-93. Udobrenie kompleksnoe organomineral'noe. Tekhnicheskie usloviya. - M.: Gostandart Rossii, 1993. - 6 s.
Vasanthi D. et al. Effects of manure-fertilizer schedules on the yield and uptake of nutrients by cereal fodder crops and on soil fertility //Journal of the Indian Society of Soil Science. - 2000. -Т. 48. - №. 3. - С. 510-515.
Afanas'eva R.A., Merzlaya G.E. Metodicheskie rekomendacii po izucheniyu ehffektivnosti netradicionnyh metodov polucheniya organicheskih i organomineral'nyh udobrenij. - M.: EHgrokonsalt, 2000. - 40s.
Spravochnaya kniga po proizvodstvu i primeneniyu organicheskih udobrenij / pod red. A.I. Es'kova. - Vladimir, 2001. - 495 c.
Praktikum po agrohimii / pod red. V.G. Mineeva. - M.: MGU, 2001. - 512 s.
