CC BY
309
УДК 631.95
ЭМИССИЯ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ И АММИАКА ИЗ НАВОЗА В ПРОЦЕССЕ УБОРКИ И ПОДГОТОВКИ ЕГО К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
П.И. Гриднев, доктор технических наук, заместитель директора Т.Т. Гриднева, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: [email protected]
Аннотация. Дана количественная оценка влияния отдельных технологических процессов (способы накопления и уборки навоза из помещений, переработки его методом компостирования или анаэробного сбраживания, хранения с использованием разных видов покрытий, применения ингибирующих присадок) на эмиссию метана, закиси азота и аммиака. Установлены пределы изменения эмиссии закиси азота в зависимости от применяемой технологии содержания животных (вид, наличие или отсутствие подстилки), составляющие 0,002-0,14 кг/кг выделенного азота. Диапазон эмиссии метана при разных системах хранения навоза молочных коров составил 5,1-43,4 кг; для свиней - 0,7-6,0 кг на скотоместо в год. При хранении жидкого навоза в открытых хранилищах потери азота в виде аммиака достигают 15% от содержания аммиачного азота. При переработке навоза в анаэробных условиях сокращение эмиссии вредных газов может составить 1200 г в СО2-экв/кВтч.
Ключевые слова: эффективность технологий сельскохозяйственного производства; потери питательных веществ; выбросы вредных газов; навоз; подстилка.
Введение. За последние несколько лет принципиально изменились методы оценки эффективности технологий сельскохозяйственного производства. Если раньше приоритетными были экономические показатели, то теперь на первое место вышли экологические. Эти показатели не противоречат друг другу, давно и успешно используются в странах с развитым сельскохозяйственным производством. Каждая технология, вошедшая в список рекомендуемых для внедрения, прежде всего, должна отвечать требованиям минимизации потерь и вредных выбросов в окружающую среду, а затем уже оцениваться по экономической эффективности ее использования в конкретных условиях. В этой связи целью исследований является определение количества выбрасываемых в окружающую среду вредных газов в процессе подготовки навоза к использованию.
Животноводческая продукция - это не только молоко и мясо, но и навоз. Навоз -важнейший источник сохранения плодородия почв. Почвы с высоким уровнем плодородия позволяют получать высокие урожаи и
обеспечивают противостояние неблагоприятным погодным условиям. Навоза производится гораздо больше, чем основной товарной продукции (молока и мяса). Так, на каждый литр молока (при продуктивности 5 тыс. л в год) производится 4 кг экскрементов, на 1 кг свиного мяса (при привесах 600 г в день) -11 кг, на 1 кг говядины - 30 кг (при привесах 1 кг в день), и это не считая попадающей в навоз воды и подстилки. По разным данным как минимум половина получаемого в стране навоза не утилизируется, в то время как потребность сельского хозяйства в органических удобрениях как минимум в два раза больше его годового выхода. Неиспользованный навоз становится источником загрязнения почвы, воды и воздуха. Ежегодная упущенная выгода неэффективного использования ресурсов навоза оценивается специалистами примерно в 165 млрд рублей [1].
Такое положение объясняется несколькими причинами. Во-первых, хозяйства материально не заинтересованы как в создании высокоэффективных технологий утилизации навоза, обеспечивающих повышение плодо-
родия почв и защиту окружающей среды от загрязнения, так и в получении органической продукции животноводства и растениеводства.
Во-вторых, ранее созданные технологии подготовки навоза к использованию не в полной мере отвечают современным экологическим, энергетическим и экономическим показателям. Так, например, широко известные технологии производства органических удобрений на основе соломо-навозных смесей требуют затрат жидкого топлива и электроэнергии на условную голову в год, соответственно, 20,8-91,5 л и 28,6-71,9 кВт-ч. В то же время предложенная ВНИИМЖем технология производства компостных смесей в процессе уборки навоза из помещения, несмотря на лучшие показатели по затратам топлива и электроэнергии, соответственно, 11,0-22,3 л и 8,8-42,5 кВт-ч, при лучшем качестве получаемых удобрений, снижении негативного воздействия на окружающую среду, не востребована. Из-за диспаритета цен на продукцию животноводства, энергоносители, технические средства, строительные материалы сельские товаропроизводители не имеют в достаточном количестве оборотных средств для внедрения прогрессивных технологий.
Известно, что в процессе подготовки навоза к использованию в окружающую среду выбрасываются три парниковых газа (ПГ) -углекислый (СО2), метан (СН4), закись азота (N20) и аммиак (КНз) - единственный газ, не являющийся ПГ, но относящийся к четвертому классу опасности отравляющих веществ. Выбросы углекислого газа, в основном, происходят в неуправляемых процессах (например, дыхание животных), а также от использования невозобновляемых источников энергии. При содержании свиней доля в общих выбросах СО2 от использования ископаемого топлива составляет 13-37% (затрачивается на обогрев помещения), при содержании коров - 7% [3]. В общих антропогенных выбросах доля углекислого газа от сельскохозяйственного производства оценивается менее чем в 4%. Кроме того, в формировании парникового эффекта потенциал глобального потепле-
ния СО2 в 23 раза меньше, чем у метана, и в 300 раз меньше, чем у закиси азота, поэтому его влиянием на климат при оценке технологий производства сельскохозяйственной продукции обычно пренебрегают. Количественная оценка эмиссии парниковых газов и аммиака в процессе уборки и подготовки навоза к использованию позволит создать методику эколого-экономической оценки предприятий по производству продукции животноводства и минимизировать их негативное воздействие на окружающую среду.
Оценка выбросов №О. При хранении навоза закись азота образуется при условии достаточного количества кислорода для нитрификации. В жидком навозе преобладают, в основном, бескислородные условия, затрудняющие как образование нитратов, так и де-нитрификацию. Соответственно, образование закиси азота в полностью бескислородном жидком навозе практически равно нулю. Однако образование естественного плавающего слоя способствует появлению зоны с повышенным содержанием органических веществ и аэробной активностью, что увеличивает эмиссию закиси азота.
При образовании естественного плавающего слоя на емкостях с жидким навозом средняя эмиссия для навоза крупного рогатого скота и свиней одинакова и принимается равной 0,005 кг закиси азота на кг имеющегося азота (^О-Ы/кг К) [4].
Покрытие хранилищ жидкого навоза полиэтиленовой пленкой не влияет на размер выбросов N20. При хранении навоза с небольшим добавлением воды в производственном помещении под щелевыми полами (подпольное хранение) ожидаемая эмиссия N20 оценена в среднем 0,002 кг №О-К/кг имеющегося азота. В процессе хранения компостных смесей на основе навоза также происходят выбросы N20, при этом потери азота зависят от продолжительности хранения и исходного содержания аммонийного азота. В среднем, ожидаемая эмиссия N20 составляет около 0,005 кг ^О-Ы/кг N [4].
В производственных помещениях значительные выбросы закиси азота были обнаружены при использовании систем содержания
животных на глубокой подстилке. Для этих систем средний выброс принят 0,01 кг N20-^кг N при условии отсутствия рыхления подстилки. Для навоза крупного рогатого скота и свиней с глубокой подстилкой не делается никаких различий. Рыхление подстилки на основе опилок значительно увеличивает потери азота в виде закиси, составляющие уже 0,14 кг ^О-^/кг N [5]. Из-за больших потерь азота эффективность такого навоза в последующем заметно хуже, чем в системах с жидким навозом.
При достаточном обеспечении подстилки кислородом формы органического азота минерализуются, и аммоний (КШ+) после нитрификации закрепляется в форме нитратов (N03):
^ЫН4+ +3/202 = N02" + Н20 +2Н+ +352к1 (1) N02" +1/202 = N03 + 74,5 к1 (2)
Рыхление подстилки, в среднем, проводится примерно несколько раз в месяц и обеспечивает повышенное поступление кислорода для ее разогрева с помощью живущих там аэробов, аутотрофных бактерий. При дефиците кислорода в компостной грядке (недостаточном его поступлении из-за уплотнения грядки животными) происходит денитрификация свободного азота и нитратов в формы аммиака и образование закиси азота (N20).
Компостирование навоза, согласно современным исследованиям, также приводит к повышенным выбросам N20, которые являются функцией содержания общего азота в вентилируемой массе и количества перебивок буртов. Потери при компостировании оцениваются от 0,006 до 0,1 кг N20-^/^ общего азота компостируемой массы [4]. Использование покрытия или уплотнение навоза могли бы снизить выбросы закиси азота, однако это решение может привести к увеличению выбросов метана, так как образование метана и закиси азота противоположно интенсивности аэрации.
Оценка выбросов метана. Если образование закиси азота зависит от наличия кислорода, то образование метана, напротив, происходит при его отсутствии, в анаэробных условиях, и существенно зависит от тем-
пературы и химического состава исходного навоза. Исследования последних лет показали, что при хранении твердого навоза, по сравнению с жидким, образуются значительно более низкие выбросы метана.
Так как на образование метана большое влияние оказывает температура, навоз следует хранить в прохладном месте, по возможности быстро перемещая его из стойла в холодную внешнюю среду. Увеличение доли соломы равносильно усилению вентиляции, за счет этого выбросы метана также могут быть дополнительно снижены.
Иначе обстоит дело в технологиях содержания животных на глубокой подстилке, при которых происходит уплотнение накапливаемой смеси и выбросы СН4. Для определения количества выбрасываемого метана при различных технологиях хранении специалисты МГИК [6] рекомендуют использовать данные, представленные в таблице 1.
Таблица 1. Эмиссия метана при разных системах хранения навоза, кг СН4 на скотоместо в год
Технология Молочные Телята, не- Свиньи на
хранения коровы1) тели, быки2) откорме3-1
Жидкий навоз с 25,5 6,0 3,5
естественным
плавающим слоем
Жидкий навоз в 43,4 10,2 6,0
хранилищах без
плавающего слоя
Подпольное 43,4 10,2 6,0
хранение
жидкого навоза
Компостные 5,1 1,2 0,7
смеси в буртах
Глубокая 43,4 10,2 6,0
подстилка без
рыхления
1) Средняя дневная норма сухого вещества экскрементов (У8) - 4,35 кг/на скотоместо.
2) (У8) - 1,36 кг/на скотоместо.
3) У8 = 0,32 кг/на скотоместо.
Эмиссия аммиака (НИз). Выбросы ^ЫНз при хранении навоза в значительной степени зависят от содержания аммонийного (NH4+-N азота в общем азоте навоза и вида хранения (таблица 2). При хранении жидкого навоза в открытых хранилищах (без образования естественного плавающего слоя) в среднем теряется около 15% от (N^+-N3 в виде
КИз-К Поскольку доля аммонийного азота (N^+-N3 в общем азоте жидкого навоза очень высока и составляет около 50% (у крупного рогатого скота) и 60% (у свиней), выбросы ^з представляют не только опасность для окружающей среды, но и существенно снижают ценность получаемого органического удобрения. Потери аммиака при хранении навоза зависят от продолжительности и интенсивности воздухообмена и размера поверхности теплообмена. Многочисленные исследования показали, что выброс аммиака эффективно снижается за счет покрытия навозохранилищ [4, 7, 8].
Таблица 2. Влияние способов хранения навоза и покрытий поверхностей навоза на эмиссию аммиака и потенциал её сокращения, кг N№-N7^ NШ+-N
Вид навоза Способ хранения навоза Поголовье животных
КРС Свиньи
Жидкий навоз В открытых хранилищах без образования естественного плавающего слоя 0,15 0,15
Сокращение эмиссии, (%) за счет: - образования естественного плавающего слоя - плавающего слоя из соломы - покрытия в виде гранул - покрытия в виде пленок - твердого покрытия 70 80 85 85 90 30 80 85 85 90
Подпольное хранение навоза 0,045 0,10
Навозная жижа Под твердым покрытием 0,014 0,031
Твердый навоз Хранение в буртах 0,60 0,60
В зависимости от состава кормов и, соответственно, экскрементов, а также технологии гомогенизации навоза ингибирующее действие естественного плавающего покрытия на эмиссию аммиака может сокращаться. Снижение температуры и скорости ветра при хранении жидкого навоза также может уменьшить выбросы КИз. Вид животных, их продуктивность и система содержания оказывают большое влияние на выброс аммиака. Так, выполненные авторами расчеты показали, что производство белка в виде свинины снижает экологическую нагрузку ам-
миаком на окружающую среду на 32-63 % (в зависимости от системы содержания животных) в сравнении с производством молочного белка. Изменение содержания молочного стада (переход с привязного на беспривязное содержание) только в случае увеличения его продуктивности на 20% не ведет к росту удельной эмиссии аммиака [9].
При круглогодичном стойловом содержании молочная корова с лактацией 5000 кг выделяет около 70 кг N в год. При перекорме протеином, обычно летним кормом (на пастбище), общая экскреция увеличивается уже до 85 кг N. При увеличении доли содержания сырого протеина в зимний период количество выделяемого азота может составлять:
• 65-115 кг ^корову в год или
• 12-16 г ^кг молока.
При дальнейшем переизбытке протеина выделение азота может быть увеличено более чем на 50%. Большая часть непригодных для быстрого усвоения растениями соединений связанного азота присутствует в кале. Фекальный азот содержит только около 10% водорастворимого азота, моча является классической средой экскреции "избыточного" азота в виде легко расщепляющейся мочевины в N^4 + существующим в среде уреазным ферментом, превращаясь в зависимости от рН в нестабильный КНз.
Мочевина, содержащаяся в моче, после выведения из организма в пространство очень быстро превращается активной уре-азой в аммиак по следующей реакции: СО (N^2 + Н2О = СО2 + 2КИз + энергия (3)
Скорость этой реакции в зимний период связана с суточной активностью животных. Хотя в зимний период температура в помещении остается практически неизменной на протяжении всего дня, концентрация аммиака в воздухе возрастает заметно до, во время и после кормления. На этом этапе животные выделяют больше мочи и фекалий, появляющаяся из мочи мочевина разлагается непосредственно на влажных поверхностях (грязных или с калом). Полученный аммиак остается в водном растворе. Сдвиг диссоциации равновесия зависит от величины рН и температуры среды:
№ + Н20 ~ NH4+ + 0Н- (4)
Таким образом, истинный масштаб выбросов аммиака во многом зависит от отношения азота мочи к азоту кала. Это отношение нельзя рассматривать в качестве постоянной величины.
0но подвержено значительным колебаниям и может быть изменено с помощью соответствующих факторов оперативного управления (например, изменением системы кормления). Кроме того, при хранении твердого навоза могут быть значительные потери КНз, зависящие от доли аммонийного азота (см. табл. 2).
Меры, сокращающие эмиссию NHз (покрытие навозных хранилищ), увеличивают содержание легко усвояемого азота в органическом удобрении. При планировании дозы используемых удобрений из навоза необходимо учитывать эти изменения. При покрытии навоза пленками (без естественного плавающего слоя) снижение выбросов аммиака обеспечивается на 85%, увеличивается содержание минерального азота в полужидком навозе приблизительно на 12%, а содержание общего азота - примерно на 6%. Повышение эффективности удобрений навоза позволяет сократить расход минеральных удобрений и выбросы ПГ в процессе их производства (таблица 3).
Таблица 3. Сокращение эмиссии ПГ за счет
сохранения в навозе 1 кг НИз-Н, кг СО-
Косвенная эмиссия от закиси азота Эмиссия от производства минеральных удобрений
5,0 7,5
Полная картина воздействия на окружающую среду способа хранения навоза требует оценки общих выбросов двух ПГ (N20, СН4) и NHз. В таблице 4 представлены результаты эквивалентных выбросов двух ПГ (N20, СН4) и NHз при различных способах хранения навоза молочных коров и свиней [4]. Такая оценка выбросов в эквиваленте С02 показывает, что покрытие хранилищ навоза полиэтиленовой пленкой по сравнению с открытыми хранилищами (без естественного плавающего слоя) снижает эмиссию вредных газов приблизительно на 108 кг С02-экв/на место в год для молочного скота и на 10 кг С02-экв/на место в год при откорме свиней.
Сокращение выбросов базируется в обоих случаях на сокращении выбросов NHз с учетом косвенной эмиссии закиси азота и общего сокращения выбросов ПГ в производстве удобрений. Так как ценность удобрений из навоза повышается за счет сокращения потерь МНз, соответственно, сокращается и количество минеральных азотных удобрений.
Таблица 4. Влияние способов хранения навоза молочных коров и свиней на выбросы газов _N20, СН4 и НИз, кг/место в год_
Способ хранения навоза Эмиссия закиси азота Эмиссия аммиака Эмиссия метана Суммарный экв. СО2
N20 экв.С02 Жз экв.С02 СН4 экв.С02
Бесподстилочный навоз Молочные коровы
0ткрытые хранилища1 0,0 0,0 32,6 336,1 43,4 911,5 1248
Хранилища с пленочным покрытием 0,0 0,0 22,2 228,5 43,4 911,5 1140
Подпольное хранение 0,4 135,3 24,0 246,8 43,4 911,5 1294
Подстилочный навоз
Хранение в буртах 1,1 338,2 31,0 318,8 5,1 107,2 764
Глубокая подстилка 2,2 676,4 31,3 322,1 43,4 911,5 1910
Бесподстилочный навоз Откорм свиней
0ткрытые хранилища1 0,0 0,0 4,6 47,3 6,0 126,1 173
Хранилища с пленочным покрытием 0,0 0,0 3,6 36,9 6,0 126,1 163
Подпольное хранение 0,0 12,5 4,2 43,2 6,0 126,1 182
Подстилочный навоз
Хранение в буртах 0,1 31,2 5,6 58,2 0,7 14,8 104
Глубокая подстилка 0,2 62,4 5,7 58,6 6,0 126,1 247
1) Без образования естественного плавающего слоя
В случае образования хорошего естественного плавающего слоя для навоза КРС эффект сокращения эмиссии за счет пленочного покрытия значительно меньше. Хранение навоза под решетчатым полом является, с точки зрения защиты климата, неблагоприятной формой (см. табл. 4).
Технологически обоснованные плотность укладки буртов и количество перебивок при созревании и хранении твердого навоза в буртах дают более низкие выбросы ПГ по сравнению с потерями у жидкого навоза. Это происходит, в основном, из-за снижения образования метана. Исходная влажность навоза на ферме зависит от технологии содержания животных и системы его удаления. Снижение капитальных вложений на создание систем удаление навоза за счет разбавления его водой неизбежно влечет увеличение затрат на все последующие операции и, прежде всего, на хранение и внесение.
Оценка воздействия различных способов хранения навоза на окружающую среду требует определения суммарных выбросов N20, СИ4 и КЙ3.
Анаэробная переработка навоза в биогазовых установках может стать эффективной мерой сокращения выбросов ПГ за счет использования энергии метана и замещения ископаемого топлива, а также при хранении сброженной массы [10,11]. По расчетам поставка на биогазовые установки примерно 2 млн т биоотходов позволяет сократить выбросы ПГ примерно на 600 тыс. т в СО2-экв [4]. В процессе сбраживания разлагаются органические вещества, и потенциал выбросов метана в атмосферу снижается. Некоторые исследования подтверждают, что суспензии после биогазовых установок значительно меньше выбрасывают СН4, чем необработанный жидкий навоз, однако обещания снижения выбросов N20 и №Нэ не обоснованы [7]. В этом вопросе не все так однозначно. Полученные результаты значительно различаются в зависимости от используемых допущений в методиках расчета.
Научный комитет сельскохозяйственной политики ФРГ в своем докладе «Использование биомассы для энергетических целей"
рекомендует производство биогаза из навоза только в качестве рационального пути в политике снижения нагрузки на климат и представляет рассчитанный СО2 эквивалент сокращения эмиссии - около 1250 г/кВт-ч произведенной электрической энергии. При производстве биогаза из кукурузного силоса в когенерационной установке и переработке биогаза в биометан экономия может составить 453-475 г СО2-экв/кВт-ч.
Европейская комиссия в своем докладе для Европейского парламента представила данные (2010 г.) среднего сокращения выбросов ПГ для биогаза, полученного из кукурузного силоса и из навоза, соответственно, 500 и 600 г СО2-экв/кВт-ч. Ухудшение этих показателей происходит при отсутствии рекуперации теплоты, а также при использовании биогаза в качестве топлива. Этот путь считается нерезультативным, и поэтому переход на использование биогаза в качестве заменителя природного газа с точки зрения защиты климата не рекомендуется.
Производство биогаза может представлять собой очень эффективный способ биоэнергетической подготовки навоза в биогазовых установках и значительно сократить выбросы ПГ. Использование кроме навоза всех наземных растений, сельскохозяйственных и других биогенных остатков дает производству биогаза огромный потенциал. Однако фактическое влияние производства биогаза на сокращение выбросов ПГ зависит от многих факторов и в настоящее время точно установлено быть не может.
У большинства биогазовых установок выбросы остаются ниже 100 г СО2-экв/кВт-ч, однако при неправильной эксплуатации и отсутствии качественного технического обслуживания выбросы могут многократно возрастать [11,12].
На практике сокращение выбросов ПГ от утилизации теплоты биогазовых установок составляет от 20 до 40% по сравнению с биогазовыми установками без утилизации теплоты [13]. Выбросы ПГ большинства производственных установок рассчитываются при средней и высокой степени использования избыточной энергии. На самом деле, в на-
стоящее время уровень утилизации теплоты по-прежнему крайне неудовлетворительный у существующих установок даже в Германии. В среднем здесь используется только 20-30% генерируемой теплоты и только около 12% биогаза реализуются через тепловые сети и имеют степень рекуперации теплоты более 40% [14]. По оценкам [4] возможное снижение эмиссии ПГ составляют около 26% от использования покрытий хранилищ сброженных остатков и 28% от устранения более сложных проблем за счет технической модернизации конструкции установок.
Исследования ученых и оценки экспертов устанавливают диапазон потерь метана от непокрытых хранилищ сброженного навоза в течение всего периода хранения от 2,5 до 15% полученного метана. В диапазоне максимальных значений эти потери могут не снизить, а наоборот, даже увеличить эффект ПГ. Однако известно, что в последующих операциях использования хозяйственных удобрений, даже при отсутствии покрытий хранилищ, увеличивают экологическое благополучие за счет снижения содержания легко разлагаемого углерода в остатке по сравнению с несброженным навозом. Для того, чтобы реализовать это преимущество, сброженный остаток должен вноситься непосредственно в пашню, а также на пастбищах, что ведет к минимальной эмиссии по сравнению с другими способами внесения.
Наряду с применением техники с низким уровнем выбросов важен учет повышения эффективности использования органических удобрений и за счет этого снижение доли минеральных удобрений. Если это игнорировать, существует риск, что большая часть потенциала сокращения выбросов в процессе хранения перечеркнется увеличением выбросов после внесения. Среди всех установок по производству биогаза положительный экологический эффект подтвержден только в биогазовых установках, использующих жидкий навоз, сокращающий ПГ на величину около 1237 г СО2-экв/кВт-ч.
Таким образом, замещение ископаемых энергоносителей биогазом рекомендуется только как климатозащитное мероприятие.
Расширение и интенсификация выращивания энергетических культур для использования их в биогазовых установках приведет к негативным последствиям для окружающей среды: сокращению биоразнообразия, повышению риска эрозии, увеличению количества недоиспользованного азота после сбора урожая в конце вегетационного периода, составляющего в среднем около 90 кг/га и создающего высокий риск загрязнения грунтовых вод. Максимальная норма внесения азота -170 кг/га не должна превышаться и может быть только сокращена. При оценке энергетических возможностей смешанных субстратов для биогазовых установок следует знать, что в общем энергетическом балансе доля навоза в 40% (60% кукурузного силоса) обеспечивает получение только 7% общей электрической энергии (93% приходится на кукурузный силос).
Таким образом, производство биогаза может внести свой вклад в сокращение выбросов ПГ только в том случае, если:
- в качестве субстратов используются навоз и органические отходы без прямых и косвенных изменений в землепользовании;
- присутствуют оптимальный выбор и стабильный состав сбраживаемого субстрата;
- биогаз используется для комбинированного производства электрической и тепловой энергии в системах когенерации;
- биогазовые установки используются с оптимальной нагрузкой (около 22 час./сут.);
- регенерация избыточной теплоты осуществляется непосредственно в биогазовой установке, через сети централизованного теплоснабжения или местные газовые сети;
- хранилища сброженной массы обеспечены газонепроницаемым покрытием;
- потери из-за утечек метана в установке минимизированы;
- сброженная масса максимально используется в качестве органического удобрения.
Только при выполнении всех перечисленных условий можно утверждать, что использование биогазовых установок сократит потенциал ПГ и будет способствовать значительному улучшению углеродного баланса почв.
Использование присадок к жидкому навозу - один из простых способов улучшить его свойства. Эффективность использования стабилизирующих добавок исследуется на протяжении многих лет, однако при использовании их на практике они показывают различные результаты [15]. 0собенно это относится к группе биоактивных добавок. 0ни не всегда эффективны в условиях практики.
Причина тому - в различиях и нестабильности конкретных условий их применения. 0тсутствует широкий спектр целенаправленных исследований, поэтому неудивительно, что от научного сообщества не может быть безоговорочных рекомендаций по их использованию.
0днако результаты, представленные В. Лшоп [10], позволяют говорить о положительном эффекте воздействия бактериальных препаратов. Эти исследования проводились в Германии и Австрии при содержании свиней на наклонных полах с использованием бактериальных препаратов и без них. Было установлено, что использование только наклонных полов с подстилкой из соломы (50100 г/голову в день) и увеличение площади содержания животных на 40% сокращают выброс аммиака на 27% по сравнению с традиционными щелевыми полами. Это происходит за счет рационального устройства логова и сокращения площади загрязненной поверхности при формировании ограниченной зоны скаливания.
В дополнение к увеличению площади содержания и использованию подстилки бак-препараты на начальной стадии откорма не снизили выбросы аммиака, однако во второй половине откормочного периода эмиссия аммиака сократилась еще на 40% и общее снижение составило 56% по сравнению с содержанием на щелевых полах. Полученные результаты достаточно впечатляющие, однако рекомендовать их к применению без дополнительных исследований в условиях России не следует. Большинство проведенных исследований позволяют утверждать, что самое значительное сокращение выбросов аммиака оказывает рН-сдвиг среды в кислую
область. Это подтверждено в опытах с молочной кислотой.
В моче примерно половина общего аммонийного азота находится в форме ЫН +. С увеличением РН выше 11 весь аммонийный азот переходит в форму ^ЫНз. При подкисле-нии мочи ниже 7 газообразный аммиак растворяется в воде, и выделение его не происходит. В диапазоне кислотности от 4 до 5,5 эмиссия аммиака сокращается соответственно на 95 и 82% [15].
Выводы.
1. Существующие технологии уборки, переработки и хранения навоза оказывают различное влияние на загрязнение окружающей среды, в частности, вредными выбросами в атмосферу С02, СН4, N20 и NНз.
2. С целью сокращения выбросов вредных газов в атмосферу, повышения качества производимых органических удобрений целесообразно при содержании животных использовать подстилку, а для хранения навоза и продуктов его переработки - хранилища со специальными покрытиями, шире внедрять технологии переработки навоза в анаэробных условиях с последующей выработкой из биогаза теплоты и электроэнергии. Для сокращения выбросов аммиака необходимы испытания в условиях России различных добавок к навозу при содержании животных и оценка их эффективности для последующей выработки рекомендаций.
3. Выбор технологий утилизации навоза для конкретного предприятия по производству продукции должен производиться на основе комплексной технико-экономической оценки с учетом природно-климатических особенностей зоны расположения объекта, количества и качества продукции животноводства, растениеводства, производимых удобрений, негативного воздействия на окружающую среду.
4. Для разработки методики комплексной технико-экономической оценки систем утилизации навоза необходимо продолжить исследования по определению влияния различных процессов на качество производимых органических удобрений и их воздействие на окружающую среду.
Литература:
1. Ковалёв Н.Г., Гриднев П.И., Гриднева Т.Т. Научное обеспечение развития экологически безопасных систем утилизации навоза // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2016. №1(50). С. 62-69.
2. Повышение эффективности функционирования технических систем подготовки навоза к использованию / Н.М. Морозов и др. М., 2000. 80 с.
3. Гриднев П.И., Гриднева Т.Т. Результаты моделирования уровня загрязнения окружающей среды при производстве молока и свинины // Вестник ВНИИМЖ. 2015. №2(18). С. 28-33.
4. Flessa H. Studie zur Vorbereitung einer effizient und gut abstimmen Klimaschutzpolitik für den Agrarsektor. Sonderheft 361. S. 153-193.
5. Steinwidder A. Die Auswirkung schlechter Stalluft auf Mast und Schlachtleistung sowie Fleischqualitat von Vmastschweinen in haltungsistemen mit und ohne Stroh // Viewirtschaftliche Fachtagung. 18-19 Mai 1999. S. 71-73.
6. Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК.
7. Speichern von Gülle Milchkühen / B. Amon // Landtechnik. 2005. №4. S. 216-217.
8. Krause M., Härtung E. Ammoniakmessungen über Gülleerdbecken // Landtechnik. 1. 2002. S. 30-31.
9. Гриднев П.И., Гриднева Т.Т., Спотару Ю.Ю. Влияние технологий производства молока на окружающую среду // Вестник ВНИИМЖ. 2014. №3. С. 139-144.
10. NH3 -, N2O- und CH4-Emtssionen aus einem Schrag-bodenstall fur Mastschweine // Landtechnik. 2005. №5.
11. Emissionen bei der Biogasproduktion - eine Analyse der Umweltrelevanz // Gülzower Fachgespräche. 2009.
12. Optimierung der Verfahrenstechnik landwirtschaftlicher Biogasanlagen // LfL-Informationen. 2010. S. 71-73.
13. CO2-Bilanz für Silomais zur Biogaserzeugung vom Anbau bis zur Stromeinspeisung // LfL-Informationen. Schriftenreihe 16. 2009. Band 3. S. 717-719.
14. Weiland P. Biogas-Studie: Es läuft noch nicht rund // Top agrar. Heft 2. S. 120-124.
15. Kech M. Untersuchungen zur Reduzierung die Am-moniakfteisetzung aus einzulösen Haltungsystemen für Schweine // Dis. VDI-MEG Schrift. 1997. №299.
Literatura:
1. Kovalyov N.G., Gridnev P.I., Gridneva T.T. Nauchnoe obespechenie razvitiya ehkologicheski bezopasnyh si-stem utilizacii navoza // Agrarnaya nauka Evro-Seve-ro-Vostoka. 2016. №1(50). S. 62-69.
2. Povyshenie ehffektivnosti funkcionirovaniya tekh-nicheskih sistem podgotovki navoza k ispol'zovaniyu / N.M. Morozov i dr. M., 2000. 80 s.
3. Gridnev P.I., Gridneva T.T. Rezul'taty modelirovaniya urovnya zagryazneniya okruzhayushchej sredy pri pro-izvodstve moloka i svininy // Vestnik VNIIMZH. 2015. №2(18). S. 28-33.
4. Flessa H. Studie zur Vorbereitung einer effizient und gut abstimmen Klimaschutzpolitik für den Agrarsektor. Sonderheft 361. S. 153-193.
5. Steinwidder A. Die Auswirkung schlechter Stalluft auf Mast und Schlachtleistung sowie Fleischqualitat von Vmastschweinen in haltungsistemen mit und ohne Stroh // Viewirtschaftliche Fachtagung. 18-19 Mai 1999. S. 71-73.
6. Rukovodyashchie principy nacional'nyh inventarizacij parnikovyh gazov MGEHIK.
7. Speichern von Gülle Milchkühen / B. Amon // Landtechnik. 2005. №4. S. 216-217.
8. Krause M., Härtung E. Ammoniakmessungen über Gülleerdbecken // Landtechnik. 1. 2002. S. 30-31.
9. Gridnev P.I., Gridneva T.T., Spotaru YU.YU. Vliyanie tekhnologij proizvodstva moloka na okruzhayushchuyu sredu // Vestnik VNIIMZH. 2014. №3. S. 139-144.
10. NH3 -, N2O- und CH4-Emtssionen aus einem Schrag-bodenstall fur Mastschweine // Landtechnik. 2005. №5.
11. Emissionen bei der Biogasproduktion - eine Analyse der Umweltrelevanz // Gülzower Fachgespräche. 2009.
12. Optimierung der Verfahrenstechnik landwirtschaftlicher Biogasanlagen // LfL-Informationen. 2010. S. 71-73.
13. CO2-Bilanz für Silomais zur Biogaserzeugung vom Anbau bis zur Stromeinspeisung // LfL-Informationen. Schriftenreihe 16. 2009. Band 3. S. 717-719.
14. Weiland P. Biogas-Studie: Es läuft noch nicht rund // Top agrar. Heft 2. S. 120-124.
15. Kech M. Untersuchungen zur Reduzierung die Am-moniakfteisetzung aus einzulösen Haltungsystemen für Schweine // Dis. VDI-MEG Schrift. 1997. №299.
THE GREENHOUSE GASES AND AMMONIA EMISSION AT THE MANURE CLEANING AND PREPARING IT TO USE PROCESS P.I. Gridnev, doctor of technical sciences, deputy director T.T. Gridneva, candidate of technical sciences, leading research worker All-Russian research institute of animal husbandry mechanization
Annotation. The individual technological processes (ways of manure accumulation and cleaning it from the premises, processing it by composting or anaerobic digestion means, storage it by different types of coatings and inhibitory additives using) on methane, nitrous oxide and ammonia emissions' impact quantitative assessment is given. The nitrous oxide emission changing's limits depending on the applied technology of animal keeping (species, litter presence or absence of), constituting 0,002-0,14 kg/kg of the allocated nitrogen are set. The methane emission range under the different dairy cows manure storage systems was 5,1-43,4 kg; for pig was - 0,7-6,0 kg per livestock place per year. During liquid manure storage in outdoor storage facilities the nitrogen losses in the ammonia form reach 15% of the of ammonium nitrogen content. At the manure processing in anaerobic conditions the harmful gases emissions reduction may reach 1200 g of CO2-EQ/kWh.
Keywords: agricultural production technologies efficiency; nutrient losses; harmful gases emissions; manure; litter.
