CC BY
34ЭКОСИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА
БОРЫЧЕВ Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой строительства инженерных сооружений и механики, [email protected]
УСПЕНСКИЙ Иван Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой технической эксплуатации транспорта, [email protected]
ЮХИН Иван Александрович, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой автотракторной техники и теплоэнергетики, [email protected]
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева ЛИМАРЕНКО Николай Владимирович, канд. техн. наук, учебный мастер кафедры технической эксплуатации транспорта Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева, доцент кафедры электротехники и электроники Донского государственного технического университета, [email protected]
Проблема и цель. Перспективным энергоносителем, потенциал которого в полной мере можно использовать лишь при обеспечении допустимого уровня его санитарно-эпидемиологической безопасности, является бесподстилочный навоз. В зависимости от природно-климатических условий, технологии содержания животных и способа удаления его агрохимические свойства могут существенно отличаться. Поэтому важным критерием энергетически и экологически эффективной утилизации является понимание направления дальнейшего использования. Целью данного исследования является разработка методики оценки потенциала органических отходов животновдства как эффективного энергоносителя.
Методология. Приведена классификация типов органических отходов животноводства в зависимости от направлений их утилизации. Произведена оценка среднегодового объёма образуемого навоза, на основании которой сформулированы основные параметры энергетически эффективной их утилизации: удельные затраты на сбор, транспортировку и внесение отходов, МДж; удельные затраты на обеззараживание, МДж; энергетический потенциал, характеризующий отношение валовой и обменной энергии энергоносителя, МДж; биоэнергетический кпд, определяющий пролон-гированность агрохимического эффекта к использованному потенциалу внесённого удобрения в течение 3-5 лет в соответствии с севооборотом, природно-климатическими и агрохимическими условиями.
Результаты. Представлена модель взаимодействия животноводческих комплексов с атмосферой, почвой, поверхностными и грунтовыми водами в виде экосистемы, позволяющей оценить основные категории элементов, взаимодействующих с окружающей средой на всех этапах утилизации бесподстилочного навоза. Основными элементами, выбрасываемыми в атмосферу при утилизации свиного бесподстилочного навоза, являются: аммиак N43, оксид азота N2O, метан CH4, оксид углерода CO2; в почву, поверхностные и грунтовые воды: оксид фосфора P2O5, соли азотной кислоты в виде нитрат анионов NOз-, сульфатредукторы, а также патогенные формы колониеобразующих единиц (КОЕ) общих колиформных бактерий (ОКБ), бляшкообразующих единиц (БОЕ), термотолерантных колиформных бактерий (ТТКБ), фекальных стрептококков (ФКСТК). Доказано, что наиболее существенной операцией, определяющей уровень санитарно-эпидемиологической безопасности утилизируемого органического материала, является его обеззараживание.
Заключение. Наибольшую экологическую нагрузку и патогенность представляют жидкие отходы свиноводства при бесподстилочном содержании животных. Соответственно, важным фактором, определяющим безопасность экосистемы утилизации органических отходов животноводства, является определение оптимальных параметров их обеззараживания.
Ключевые слова: органические отходы животноводства, бесподстилочный навоз, обеззараживание утилизации бесподстилочного навоза, экосистема бесподстилочного навоза.
Введение
Органические отходы сельского хозяйства, в частности, бесподстилочный навоз, являются мощным энергоносителем, потенциал которого используется недостаточно эффективно. Это связа-
но с необходимостью подавления его патогенной составляющей, что требует разработки новых технических средств и решений. Одним из основных направлений утилизации органических отходов сельского хозяйства является их использование
© Борычев С. Н., Успенский И. А., Юхин И. А., Лимаренко Н. В., 2020 г.
3-
в качестве органических удобрений, к преимуществам которых можно отнести:
- компенсацию выноса биогенных элементов с полей при уборке урожая;
- накопление гумуса;
- поддержку естественного уровня рН;
- выделение углекислого газа, необходимого для фотосинтеза растений и естественной защиты почвенного грунта за счёт интенсификации им движения почвенных фосфатов;
- снижение сопротивления почвы механической обработке и, как следствие, снижение удельной энергоёмкости операционных воздействий.
Индустриальный подход к животноводству требует бесподстилочного содержания, результатом которого является бесподстилочный навоз. По результатам исследований [1-7] в таблице 1 представлены агро-физико-химические свойства органических отходов животноводства.
Таблица 1 - Агро-физико-химические свойства органических отходов животноводства
№ п/п Параметр (кг. вещества в 1т. материала) Органические отходы при влажности, W
свиньи КРС птица МНС лошади
о4 О 7 о4 О 9 о4 Ю 9 о4 00 9 £ о 7 о4 О 7 £ о 7 о4 О 7
1 Органическое вещество 240,0 115,0 40,0 18,0 210,0 350,0 300 230,0
2 ^общ 5,0 4,5 2,5 0,7 5,0 16,0 8,0 8,0
3 Р205 2,0 2,5 0,9 0,4 2,5 15,0 2,5 2,5
4 К20 6,0 3,0 1,8 0,7 6,0 8,0 6,5 5,5
5 СаО 1,8 1,9 0,6 - 4,0 24,0 3,3 4,4
6 МдО 0,8 1,0 0,2 - 1,1 7,0 1,8 1,2
7 SO4 0,8 0,4 0,1 - 0,6 4,0 1,5 0,4
Как видно из таблицы 1, несмотря на высокое содержание влаги органические отходы животноводства при бесподстилочном подходе к содержанию животных обладают высокой удобрительной ценностью за счёт содержания биогенных веществ. Для оценки энергетического потенциала и ориентировочного объёма образуемых органических отходов рассмотрим данные Росстата для формирования картины динамики поголовья [8, 9]. На рисунке 1 представлена динамика распределе-
ния поголовья сельскохозяйственных животных с 2005 по 2019 год.
Проанализировав данные Росстата, можно сделать вывод, что во всех сферах животноводства наблюдается устойчивый рост, что приводит к увеличению объёмов отходов и делает актуальной разработку технических средств и решений, обеспечивающих повышение эффективности утилизации и использования энергетического потенциала отходов.
Рис. 1 - Динамика распределения поголовья сельскохозяйственных животных
Целью данного исследования является разработка методики оценки потенциала органических отходов животновдства как эффективного энергоносителя.
Для достижения поставленной цели необходимо:
- сформулировать возможные направления утилизации в зависимости от физико-химических свойств и типов животных;
- оценить потенциальный объём образуемого навоза с учётом технологических особенностей содержания животных разного типа и производственной мощности хозяйства;
- сформировать модель экосистемы животноводства для определения наиболее энергозатратных операций при оценке уровня их взаимодействия.
Объекты и методы исследования
Объектом исследования являются органические отходы животноводства, предметом - энергетический потенциал навоза и направления его утилизации. Как показал анализ [6, 10, 11-13], рост производственных мощностей хозяйств и индустриализация животноводства с соблюдением санитарно-эпидемиологических регламентов требуют бесподстилочного содержания животных, что приводит к увеличенному расходу воды и образованию больших объёмов жидких отходов. Соответственно, важным аспектом становится обеспечение максимальной энергетической эффективности [14]. Энергетическая эффективность технических средств и процессов в данном случае характеризуется следующими составляющими: степенью использования полезных параметрических свойств энергоносителей, а также степенью их преобразования в энергию. Рассматривая процесс утилизации органических отходов сельского хозяйства с учетом энергетической эффективности используемых технических средств и процессов для формулировки условия использования их полезных свойств, обратимся к таблице 1 [15-19]. Граничными условиями, регламентирующими эффективность их перехода в кинетическую энергию, выступают параметры, характеризующие санитарно-эпидемиологическое состояние среды. В зависимости от направления утилизации они будут определяться комплексами соответствующих нормативных документов: ГОСТ 26074-84; ГОСТ 30775-2001; ГОСТ Р 51769-2001; Водный кодекс Российской Федерации; Кодекс РФ об административных правонарушениях, статья 8.2.3 «Несоблюдение требований в области охраны окружающей среды при обращении с отхо-
дами животноводства»; МУ 2.1.5.800-99; СанПиН 2.1.7.573-96; ОСТ46.3.2.196 - 85 ССБТ и др. При этом целевой функцией минимизации выступает удельная энергоёмкость операционных воздействий технических средств.
Согласно результатам исследований [9, 11, 13, 20-27] отходы свиноводства представляют наибольшую экологическую нагрузку на био- агроце-нозы в условиях бесподстилочного содержания, поэтому рассмотрим их в качестве объекта оценки энергетического потенциала. При этом стоит учитывать один из критериев экологической безопасности - проектирование производственной мощности хозяйства исходя из объёма доступных площадей под внесение навоза. Одним из перспективных способов определения энергетического потенциала свиного навоза с учетом среднегодовых значений его выхода является метод энергетических аналогий. Суть метода заключается в определении ресурсного потенциала через его физические характеристики путём приравнивания удельного объёма материала к его электрическим и тепловым характеристикам [12-14, 17, 28].
Результаты исследования и их обсуждение
Систематизировав результаты исследований [1-4, 7, 23], рассмотрим органические отходы животноводства для различных типов животных, при этом образуемый в результате их деятельности свежий навоз зависит от способа содержания и используемых технических решений для его удаления. Направления его дальнейшего использования определим в зависимости от формы его синтеза при внесении в качестве органического удобрения. Полученная в результате данной систематизации классификация представлена на рисунке 2.
Рис. 2 - Классификация типов органических отходов животноводства в зависимости от направлений его утилизации
Несмотря на многообразие вариантов утилизации органических отходов, одним из основных критериев принятия оптимального решения при выборе направления и технологии является энергетическая эффективность. Ограничениями выступают природно-климатические условия региона, доступный уровень механизации, агрономические аспекты применения.
Соответственно, необходимо разработать методику оценки энергетической эффективности утилизации органических отходов как комплекса затрат.
35 000
Установлено, что наибольшую опасность с эпидемиологической точки зрения представляют собой отходы свиноводства. Для того чтобы определить наиболее рациональный вариант их утилизации, произведём оценку динамики их среднегодового объёма и сформулируем критерии энергетической и экологической их утилизации.
На рисунке 3 представлена динамика роста поголовья свиней в РФ за последние 30 лет и распределение поголовья по формам собственности хозяйств.
т
о ^
о
25000 20 000 15000 10000 5000
ч
* а
< я -г
. и Г»
гЕлХГТ" .
1990
1 995
2000
2005
2010
2015
• Сельскохозяйственные организации ОХсзяйства населения
• Крестьянские [фермерские) хозяйства и индивидуальные предприниматели
2020 год
Рис. 3 - Распределение поголовья свиней по типам хозяйств На рисунке 4 представлена динамика объёмов навоза, образуемого в хозяйствах разной производственной мощности: крупные сельскохозяйственные организации (24 000, 54 000, 108 000 голов и выше), хозяйства населения (= 1 500-3 000 голов и выше), крестьянские хозяйства и индивидуальные предприниматели (до 1 000 голов) [2, 23, 27, 28].
40 ООО и
т : = = 2
£ -
а н
£ г
« о
X со Ч] Я
10 ООО
о
_ О - • - л
1 — ^ 1 — •-"Г"
г - - _ Л " " А---*---^ _ А 1 . - - -А- - - д---Д
■ ^ — — - —_ _ ^ -■-1-■-1
2010 2012 2014 2016 2018 2020
• Усреднённый годовой ныход навоза сельскохозяйственных организаций Ш=88-90%, год тонн/год
♦ Усреднённый годовой выход навоза хозяйств населения \Л/=88%, тонн/год
Рис. 4 - Динамика среднегодового выхода свиного навоза
Из данных рисунка 4 видно, что наблюдается устойчивый рост производственных мощностей крупных фермерских хозяйств с бесподстилочным содержанием животных; объёмы отходов, производимых средними хозяйствами населения, крестьянскими и хозяйствами индивидуальных предпринимателей также демонстрируют прирост. Следует отметить, что разработка технических средств и подходов, направленных на применение энергоэффективной утилизации, в последних группах является наиболее важной с экологической точки зрения.
Зная ориентировочные среднегодовые объёмы свиного навоза, можно перейти к оценке его энергетического потенциала. Ограничим параметрические составляющие энергетической эффективности технологий утилизации органических отходов животноводства, в частности, свиного бесподстилочного навоза, следующими составляющими: - удельными затратами на сбор, транспорти-
ровку и внесение отходов, МДж;
- удельными затратами на обеззараживание, МДж;
- энергетическим потенциалом, характеризующим отношение валовой и обменной энергии энергоносителя, МДж;
- биоэнергетическим кпд, %, поскольку внесение бесподстилочного навоза в качестве жидкого органического удобрения обладает пролонгированным эффектом и позволяет использовать потенциал внесённого удобрения в течении 3...5 лет в соответствие с севооборотом, природно-климатическими и агрохимическими условиями.
С учётом сформулированных ограничений представим упрощенную схему экосистемы индустриального подхода к животноводству в рамках взаимодействия: атмосфера ^ животноводческий комплекс ^ отходы ^ почва и поверхностные воды ^ грунтовые воды. Блок-схема представлена на рисунке 5.
Рис. 5 - Традиционная экосистема индустриального подхода к животноводству
Проанализировав рисунок 5, можно сделать вывод, что традиционный подход к утилизации бесподстилочного навоза сопровождается атмосферными выбросами аммиака NHз, оксида азота N26, оксида углерода СО2 и метана СН4 на этапах содержания животных, транспортировки и предварительного отстаивания образованных отходов, что создаёт существенную нагрузку на био- и агроценозы. Традиционный подход к утилизации бесподстилочного навоза чаще всего предусматривает естественное биотермическое обеззараживание в течение 6-12 месяцев в зависимости от природно-климатических условий. Отрицатель-
ной чертой традиционного подхода также являются выбросы нитрат анионов N03- и жидкостей, насыщенных патогенной микрофлорой (КОЕ общих колиформных бактерий, бляшкообразующих единиц, термотолерантных колиформных бактерий, фекальных стрептококков). Следовательно, перспективным решением является использование дополнительного обеззараживания на каждом этапе с использованием активатора физико-химических процессов [29,30]. На рисунке 6 представим усовершенствованную экосистему индустриального подхода к животноводству на примере свинокомплекса.
Рис. 6 - Усовершенствованная экосистема индустриального подхода к животноводству
Заключение
1. Установлено, что наибольшей экологической нагрузкой и патогенностью обладают жидкие отходы свиноводства при бесподстилочном содержании животных. Основными направлениями их утилизации являются пелеты, гранулы, сапропель, жидкая подкормка; однако наиболее приоритетным является использование их в качестве жидких органических удобрений.
2. Эффективность использования энергетического потенциала органических отходов свиноводства в качестве жидкого удобрения определяется их санитарно-эпидемиологической безопасностью и способом обеззараживания.
3. Доказан рост среднегодовых объёмов навоза, образуемого свиноводческими предприятиями, проведена категоризация мощностей хозяйств с ориентировочными уровнями их экологической нагрузки, сформулированы параметры энергетически и экологически эффективной утилизации навоза.
4. Сформирована модель экосистемы животноводства на примере свиноводческих хозяйств с бесподстилочном содержанием. Определены основные категории элементов, взаимодействующих с атмосферой при утилизации бесподстилочного навоза: аммиак NH3, оксид азота N2O, метан CH4, оксид углерода CO2; с почвой, поверхностными и грунтовыми водами происходит взаимодействие через выделение: оксидов фосфора P2O5, солей азотной кислоты в виде нитрат анионов NO3-, сульфатредукторов, а также патогенных форм кОе. Установлено, что наиболее энергоёмкой операцией утилизационного цикла, определяющей экологическую безопасность и сохранность энергетических свойств, является обеззараживание; на основании этого предложено направление совершенствования экосистемы.
Список литературы
1. Павлов П.И. Эффективные средства механизации для удаления и утилизации навоза / П.И. Павлов // Естественные и технические науки.
- 2017. - № 3 (105). - С. 87-89. URL: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=28960939
2. Бондаренко, А.М. Формирование механизма управления технологиями рециклинга органических отходов в аграрном секторе экономики / А.М. Бондаренко, Л.С. Качанова, А.Ф. Рева, Н.А. Глечикова // Международный технико-экономический журнал. - 2019. - № 6. - С. 117-127. DOI: 10.34286/1995-4646-2019-69-6-117-127 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42393133
3. Шигапов, И.И. Модель биотехнической системы процесса уборки, транспортировки и переработки навоза / И.И. Шигапов // Аграрная наука.
- 2017. - № 3. - С. 27-31. URL: https://www.elibrary. ru/item.asp?id=28881573
4. Хмыров, В.Д. Эффективность системы применения удобрений в органическом земледелии / В. Д. Хмыров, Б.С. Труфанов, О.И. Журавлева // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2019. - № 3 (58). - С. 14-18. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39554986
5. Новиков, А. Е. Моделирование гидродина-
мических и биоэкологических процессов очистки многокомпонентных систем от дисперсной фазы: монография / А.Е. Новиков, А.Б. Голованчиков, Е.А. Дугин, М.И. Филимонов; ВолгГТУ. - Волгоград, 2019. - 200 с. URL: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=41515043
6. Иовик, Л.Н. Агроэкономическая эффективность внесения органических удобрений на основе отходов биогазовой установки под ячмень на дерново-подзолистой супесчаной почве / Л.Н. Иовик // Почвоведение и агрохимия. - № 2 (55).
- 2015. - С. 125-137. URL: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=36407674
7. Зимняков, В.М. Состояние и перспективы производства свинины в России / В.М. Зимняков, А.А. Курочкин, Е.Н. Варламова // Нива Поволжья.
- № 1 (50). - 2019. - С. 87-93. URL: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=37109433
8. Сельское хозяйство и балансы продовольственных ресурсов / Федеральная служба государственной статистики. URL: https://rosstat.gov. ru/enterprise_economy?print=1 (дата обращения 01.12.2020).
9. Интенсивное разведение свиней [Электронный ресурс] / Агровестник. URL: https://agrovesti.net/ Nb/tech/pig-breeding-tech/mtensivnoe-razvedenie-svinej.html (дата обращения 01.12.2020).
10. Тиво, П.Ф. Анализ современных технологий использования животноводческих стоков / П.Ф. Тиво, А.С. Анженков, Л.А. Саскевич, Е.А. Бут // Мелиорация. - 2017. - № 3 (81). - С. 54-63. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32270084
11. Тиво, П.Ф. Опыт ряда стран по утилизации навоза и снижению выбросов аммиака / П.Ф. Тиво, Л.А. Саскевич, Е.А. Бут // Мелиорация. - 2017. № 1 (79). С. 62-69. URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=29450104
12. Куликова, М. А. Оценка эффективности нового органоминерального удобрения на основе свиного навоза / М. А. Куликова, Т. А. Колесникова, Е. А. Грибут [и др.] // Плодородие.
- 2019. - № 4 (109). - С. 49-51. DOI: 10.25680/ S19948603.2019.109.16 URL: https://www.elibrary. ru/item.asp?id=39238571
13. Баширов, В.Д. Особенности процесса утилизации навоза и помета сельскохозяйственных животных с получением органоминерального удобрения / В.Д. Баширов, А.В. Московец, Р.Ф. Саги-тов // БИО. - 2019. - № 4 (223). - С. 24-28. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=40926827
14. Плаксин, И.Е. Перспективные направления развития отрасли свиноводства в России / И.Е. Плаксин, С.И. Плаксин, А.В. Трифанов // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. - 2020. - № 2 (103). - С. 72-81. DOI: 10.24411/0131-5226-2020-10243 URL: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=43179387
15. Труфанов, Б.С Механизированный способ переработки отходов АПК с обеззараживанием наоснове раствора с ацетатом натрия и углеродными нанотрубками / Б.С. Труфанов, А.В. Ще-гольков, В.Д. Хмыров, В.Б. Куденко // Вестник Рязанского государственного агротехнологического
университета им. П.А. Костычева. - 2017. - № 4 (36). - С. 113-117. URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=30022837
16. Kalyuga, V.V. Justification of choice of stressfree pig housing method on small-scale farms at designing stage / V.V. Kalyuga, A.V. Trifanov, V.I. Bazykin // Engineering for Rural Development. -2019. - С. 349-354. DOI: 10.22616/ERDev2019.18. N164 URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=39549888
17. Сычёв, В. Г. Исследование динамики и баланса гумуса при длительном применении систем удобрения на основных типах почв / В. Г. Сычёв, Л. К. Шевцова, Г. Е. Мёрзлая // Агрохимия. - 2018.
- № 2. - С. 3-21. DOI: 10.7868/S0002188118020011 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32656262
18. Суржко, О.А. Исследования обеззараживания осадков бесподстилочного навоза от яиц гельминтов / О.А. Суржко, К.О. Оковитая // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. -2019. - № 4 (36). - С. 178-187. DOI: 10.31774/22221816-2019-4-178-187 URL: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=41342899
19. Шалак, И.О. Управление питанием ячменя на основе использования жидкой фракции бесподстилочного свиного навоза / И.О. Шалак // Основы и перспективы органических биотехнологий.
- 2020. - № 2. - С. 46-51. URL: https://www.elibrary. ru/item.asp?id=43859783
20. Петрова, С.А. Анаэробная утилизация органических отходов в условиях криолитозоны / С.А. Петрова, М.К. Охлопкова // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2019. -№ 10 (180). - С. 38-44. URL: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=42442050
21. Трифанов, А.В. Описание движения навозной массы для установившегося потока в коллекторе круглого сечения / А.В. Трифанов, В.И. Базыкин // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. - 2019. - № 3 (100).
- С. 196-203. DOI: 10.24411/0131-5226-2019-10203 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41231601
22. Трифанов. А.В. Описание движения навозной массы для установившегося потока в коллекторе круглого сечения / А.В. Трифанов, В.И. Базыкин // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. - 2019. - № 3 (100). - С. 196-203. URL: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=41231601
23. Бышов, Н.В. Методика оценки уровня экологической нагрузки свиноводческих предприятий
-9
/ Н.В. Бышов, Н.В. Лимаренко, И.А. Успенский, И.А. Юхин, А.А. Цымбал // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса. - 2020.
- № 1 (57). - С. 268-278. DOI: 10.32786/20719485-2020-01-27. URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=42842658
24. Цымбал, А.А. Моделирование эпидемиологических свойств бесподстилочного навоза при подготовке физико-химическим обеззараживанием / А.А. Цымбал, И.А. Успенский, И.А. Юхин, Н.В. Лимаренко // Вестник Рязанского агротехно-логического университета им. П.А. Костычева. -Рязань. - 2020. - № 3. - С. 89-98. DOI: 10.36508/ RSATU.2020.28.75.016 URL: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=44275717
25. Босак, В.Н. Агроэкономическая эффективность применения удобрений / В.И. Босак. - Минск: БелНИВНФХв АПК, 2005. - 44 с. URL: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=37606627
26. Пындак, В.И. Энергоэффективность машин и орудий для глубокой обработки почво-грунтов / В.И. Пындак, А.Е. Новиков // Проблемы машиностроения и надежности машин. - № 6. -2014. - С. 95-100. URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=22739933
27. Бышов, Н.В. Концептуальная модель энергетической эффективности получения экологически безопасного утилизационного свиного бесподстилочного навоза / Н.В. Бышов, И.А. Успенский, И.А. Юхин, М.Н. Чаткин, Н.В. Лимаренко // Инженерные технологии и системы. - 2020. - № 3. - С. 394-412. DOI: 10.15507/2658-4123.030.202003.394412. URL: http://vestnik.mrsu.ru/content/pdf/20-3/04. pdf
28. Byshov, N.V. Ecological and technological criteria for the efficient utilization of liquid manure / N.V. Byshov, I.A. Uspensky, I.A. Yukhin, N.V. Limarenko // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science.
- 2020. D0I:10.1088/1755-1315/422/1/012069. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42878732
29. Пат. 2680073. Способ обеззараживания жидких сред / В.П. Жаров, Б.Г. Шаповал, Н.В. Лимаренко // Бюл. - 5. № 2018113501. Опубл. 14.02.2019. URL: https://rusneb.ru/catal og/000224_000128_0002680073_20190214_C1_ RU/
30. Пат. 2726309. Способ утилизации бесподстилочного навоза в биоорганическое удобрение / Н.С. Серпокрылов, Н.В. Лимаренко, И.А. Успенский, И.А. Юхин, М.Н. Чаткин / Бюл. - 20. № 2020108045. Опубл. 13.07.2020. URL: https:// patents.s3.yandex.net/RU2726309C1_20200713.pdf
ECOSYSTEM FOR RECYCLING ORGANIC WASTE OF LIVESTOCK
Borychev Sergey N., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Construction of Engineering Structures and Mechanics, [email protected]
Uspenskiy Ivan A., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of technical operation of transport, [email protected]
Yukhin Ivan A., Doctor of Technical Sciences, associate Professor, Head of the Department of automotive engineering and heat power engineering, [email protected] Ryazan state agrotechnological university named after P. A. Kostychev
Limarenko Nikolay V., Candidate of Technical Sciences, training master of the department technical
operation of transport Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev, Associate Professor of the Department of electrical engineering and electronics, Don state technical university, [email protected]
Problem and purpose. Liquid manure is a promising energy carrier, the potential of which can be fully used only if the acceptable level of its sanitary and epidemiological safety is ensured. Depending on the natural and climatic conditions, the technology of keeping animals and the method of disposal, its agrochemical properties can differ significantly. Therefore, an important criterion for energy and environmentally efficient disposal is understanding the direction of further use. The purpose of this study is to develop a methodology for assessing the potential of organic waste from animal husbandry as an effective energy source.
Methodology. The classification of types of organic waste from animal husbandry, depending on the directions of their utilization, is given. An assessment of the average annual volume of manure generated was made, on the basis of which the main parameters of their energy-efficient utilization were formulated: unit costs for collection, transportation and introduction of waste, MJ; unit costs for disinfection, MJ; energy potential, which characterizes the ratio of gross and exchangeable energy of an energy carrier, MJ; bioenergetic efficiency, which determines the prolongation of the agrochemical effect to the used potential of the applied fertilizer for 3-5 years in accordance with the crop rotation, climatic and agrochemical conditions. Results. A model of the interaction of livestock breeding complexes with the atmosphere, soil, surface and ground waters in the form of an ecosystem is presented, which makes it possible to assess the main categories of elements interacting with the environment at all stages of the disposal of liquid manure. The main elements emitted into the atmosphere during the utilization of liquid pig manure are: ammonia NH3, nitrogen oxide N2O, methane CH4, carbon monoxide CO2; into soil, surface and ground waters: phosphorus oxide P2O5, nitric acid salts in the form of nitrate anions NO3-, sulfate reducers, as well as pathogenic forms of colony-forming units (CFU) of total coliform bacteria (TCB), plaque-forming units (PFU), thermotolerant coliform bacteria (TTCB), fecal streptococci (FCSTC). It has been proven that the most essential operation that determines the level of sanitary and epidemiological safety of utilized organic material is its disinfection.
Conclusion. The greatest environmental load and pathogenicity are caused by liquid waste from pig breeding with liquid keeping of animals. Accordingly, an important factor determining the safety of the ecosystem for the utilization of organic waste from animal husbandry is the determination of the optimal parameters for their disinfection.
Key words: organic waste of animal husbandry, liquid manure, disinfection of liquid manure utilization, liquid manure ecosystem.
Literatura
1. Pavlov P.I. Effektivnye sredstva mekhanizacii dlya udaleniya i utilizaciinavoza/P.I. Pavlov//Estestvennye i tekhnicheskie nauki. - 2017. - № 3 (105). - S. 87-89. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28960939
2. Bondarenko, A.M. Formirovanie mekhanizma upravleniya tekhnologiyami reciklinga organicheskih othodov v agrarnom sektore ekonomiki / A.M. Bondarenko, L.S. Kachanova, A.F. Reva, N.A. Glechikova // Mezhdunarodnyj tekhniko-ekonomicheskij zhurnal. - 2019. - № 6. - S. 117-127. DOI: 10.34286/1995-46462019-69-6-117-127 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42393133
3. SHigapov, I.I. Model'biotekhnicheskoj sistemy processa uborki, transportirovki i pererabotki navoza /I.I. SHigapov//Agrarnaya nauka. - 2017. - № 3. - S. 27-31. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28881573
4. Hmyrov, V.D. Effektivnost' sistemy primeneniya udobrenij v organicheskom zemledelii / V. D. Hmyrov, B.S. Trufanov, O.I. ZHuravleva //Vestnik Michurinskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2019. -№ 3 (58). - S. 14-18. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39554986
5. Novikov, A. E. Modelirovanie gidrodinamicheskih i bioekologicheskih processov ochistki mnogokomponentnyh sistem ot dispersnoj fazy: monografiya /A.E. Novikov, A.B. Golovanchikov, E.A. Dugin, M.I. Filimonov; VolgGTU. - Volgograd, 2019. - 200 s. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41515043
6. Iovik, L.N. Agroekonomicheskaya effektivnost' vneseniya organicheskih udobrenij na osnove othodov biogazovoj ustanovkipodyachmen'na dernovo-podzolistoj supeschanojpochve /L.N. Iovik//Pochvovedenie i agrohimiya. - № 2 (55). - 2015. - S. 125-137. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36407674
7. Zimnyakov, V.M. Sostoyanie i perspektivy proizvodstva svininy v Rossii / V.M. Zimnyakov, A.A. Kurochkin, E.N. Varlamova //Niva Povolzh'ya. - № 1 (50). - 2019. - S. 87-93. URL: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=37109433
8. Sel'skoe hozyajstvo i balansy prodovol'stvennyh resursov / Federal'naya sluzhba gosudarstvennoj statistiki. URL: https://rosstat.gov.ru/enterprise_economy?print=1 (data obrashcheniya 01.12.2020).
9. Intensivnoe razvedenie svinej [Elektronnyj resurs] / Agrovestnik. URL: https://agrovesti.net/lib/tech/pig-breeding-tech/intensivnoe-razvedenie-svinej.html (data obrashcheniya 01.12.2020).
10. Tivo, P.F. Analiz sovremennyh tekhnologij ispol'zovaniya zhivotnovodcheskih stokov / P.F. Tivo, A.S. Anzhenkov, L.A. Saskevich, E.A. But//Melioraciya. - 2017. - № 3 (81). - S. 54-63. URL: https://www.elibrary. ru/item.asp?id=32270084
11. Tivo, P.F. Opyt ryada stran po utilizacii navoza i snizheniyu vybrosov ammiaka / P.F. Tivo, L.A. Saskevich, E.A. But//Melioraciya. - 2017. № 1 (79). S. 62-69. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29450104
12. Kulikova, M. A. Ocenka effektivnosti novogo organomineral'nogo udobreniya na osnove svinogo navoza
-Ш
/ M. A. Kulikova, T. A. Kolesnikova, E. A. Gribut [i dr.] // Plodorodie. - 2019. - № 4 (109). - S. 49-51. DOI: 10.25680/S19948603.2019.109.16 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39238571
13. Bashirov, V.D. Osobennosti processa utilizacii navoza i pometa sel'skohozyajstvennyh zhivotnyh s polucheniem organomineral'nogo udobreniya / V.D. Bashirov, A.V. Moskovec, R.F. Sagitov // BIO. - 2019. - № 4 (223). - S. 24-28. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=40926827
14. Plaksin, I.E. Perspektivnye napravleniya razvitiya otrasli svinovodstva v Rossii / I.E. Plaksin, S.I. Plaksin, A.V. Trifanov // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. - 2020. - № 2 (103). - S. 72-81. DOI: 10.24411/0131-5226-2020-10243 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43179387
15. Trufanov, B.S Mekhanizirovannyj sposob pererabotki othodov APK s obezzarazhivaniem naosnove rastvora s acetatom natriya i uglerodnymi nanotrubkami /B.S. Trufanov, A.V. SHCHegol'kov, V.D. Hmyrov, V.B. Kudenko // Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva. - 2017. - № 4 (36). - S. 113-117. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30022837
16. Kalyuga, V.V. Justification of choice of stress-free pig housing method on small-scale farms at designing stage /V.V. Kalyuga, A.V. Trifanov, V.I. Bazykin // Engineering for Rural Development. - 2019. - S. 349-354. DOI: 10.22616/ERDev2019.18.N164 URL: https://www.elibraryru/item.asp?id=39549888
17. Sychyov, V. G. Issledovanie dinamiki i balansa gumusa pri dlitel'nom primenenii sistem udobreniya na osnovnyh tipah pochv / V. G. Sychyov, L. K. SHevcova, G. E. Myorzlaya // Agrohimiya. - 2018. - № 2. - S. 3-21. DOI: 10.7868/S0002188118020011 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32656262
18. Surzhko, O.A. Issledovaniya obezzarazhivaniya osadkov bespodstilochnogo navoza ot yaic gel'mintov / O.A. Surzhko, K.O. Okovitaya //Nauchnyj zhurnal Rossijskogo NII problem melioracii. - 2019. - № 4 (36). - S. 178-187. DOI: 10.31774/2222-1816-2019-4-178-187 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41342899
19. SHalak, I.O. Upravleniepitaniemyachmenyana osnoveispol'zovaniyazhidkoj frakciibespodstilochnogo svinogo navoza/I.O. SHalak//Osnovy iperspektivy organicheskih biotekhnologij. - 2020. - № 2. - S. 46-51. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43859783
20. Petrova, S.A. Anaerobnaya utilizaciya organicheskih othodov v usloviyah kriolitozony / S.A. Petrova, M.K. Ohlopkova // Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2019. - № 10 (180). - S. 38-44. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42442050
21. Trifanov, A.V. Opisanie dvizheniyanavoznojmassydlya ustanovivshegosyapotoka vkollektorekruglogo secheniya/A.V. Trifanov, V.I. Bazykin // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. - 2019. - № 3 (100). - S. 196-203. DOI: 10.24411/0131-52262019-10203 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41231601
22. Trifanov. A.V. Opisanie dvizheniya navoznoj massy dlya ustanovivshegosya potoka v kollektore kruglogo secheniya /A.V. Trifanov, V.I. Bazykin // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. - 2019. - № 3 (100). - S. 196-203. URL: https:// www.elibrary. ru/item.asp?id=41231601
23. Byshov, N.V. Metodika ocenki urovnya ekologicheskoj nagruzki svinovodcheskih predpriyatij / N.V. Byshov, N.V. Limarenko, I.A. Uspenskij, I.A. YUhin, A.A. Cymbal // Izvestiya nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa. - 2020. - № 1 (57). - S. 268-278. DOI: 10.32786/2071-9485-2020-01-27. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42842658
24. Cymbal, A.A. Modelirovanie epidemiologicheskih svojstv bespodstilochnogo navoza pri podgotovke fiziko-himicheskim obezzarazhivaniem / A.A. Cymbal, I.A. Uspenskij, I.A. YUhin, N.V. Limarenko //Vestnik Ryazanskogo agrotekhnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva. - Ryazan'. - 2020. - № 3. - S. 89-98. DOI: 10.36508/RSATU.2020.28.75.016 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44275717
25. Bosak, V.N. Agroekonomicheskaya effektivnost' primeneniya udobrenij /V.I. Bosak. - Minsk: BelNIVNFHv APK, 2005. - 44 s. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37606627
26. Pyndak, V.I. Energoeffektivnost' mashin i orudij dlya glubokoj obrabotki pochvogruntov / V.I. Pyndak, A.E. Novikov//Problemy mashinostroeniya i nadezhnosti mashin. - № 6. - 2014. - S. 95-100. URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=22739933
27. Byshov, N.V. Konceptual'naya model' energeticheskoj effektivnosti polucheniya ekologicheski bezopasnogo utilizacionnogo svinogo bespodstilochnogo navoza / N.V. Byshov, I.A. Uspenskij, I.A. YUhin, M.N. CHatkin, N.V. Limarenko // Inzhenernye tekhnologii i sistemy. - 2020. - № 3. - S. 394-412. DOI: 10.15507/2658-4123.030.202003.394-412. URL: http://vestnik.mrsu.ru/content/pdf/20-3/04.pdf
28. Byshov, N.V. Ecological and technological criteria for the efficient utilization of liquid manure / N.V. Byshov, I.A. Uspensky, I.A. Yukhin, N.V. Limarenko // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. -2020. DOI:10.1088/1755-1315/422/1/012069. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42878732
29. Pat. 2680073. Sposob obezzarazhivaniya zhidkih sred / V.P. ZHarov, B.G. SHapoval, N.V. Limarenko // Byul. - 5. № 2018113501. Opubl. 14.02.2019. URL: https://rusneb.ru/catal og/000224_000128_0002680073_20190214_C1_RU/
30. Pat. 2726309. Sposob utilizacii bespodstilochnogo navoza v bioorganicheskoe udobrenie / N.S. Serpokrylov, N.V. Limarenko, I.A. Uspenskij, I.A. YUhin, M.N. CHatkin / Byul. - 20. № 2020108045. Opubl. 13.07.2020. URL: https://patents.s3.yandex.net/RU2726309C1_20200713.pdf
