CC BY
64
УДК 631.333
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ПЕРИОД ДО 2030 ГОДА НА ОСНОВЕ ВНЕДРЕНИЯ НАИЛУЧШИХ ДОСТУПНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
А.Ю. Брюханов, кандидат технических наук, доцент, заведующий отделом ФГБНУ «Институт экологических проблем сельскохозяйственного производства» E-mail: [email protected]
Аннотация. Обосновано, что основными источниками негативного воздействия на окружающую среду являются крупные животноводческие комплексы, на которых образуется большое количество навоза и помета. В передовых странах мира в результате многолетнего повышенного внимания к вопросам продовольственной и экологической безопасности сложилась высокоэффективная система рекомендуемых к применению наилучших доступных технологий (Best Available Techniques - ВАТ) на основе экономически обоснованных затрат, рационального природопользования, научно-обоснованного технологического регламента работ. В статье рассмотрены перспективы внедрения системы наилучших доступных технологий (НДТ) сельскохозяйственного производства, особенности формирования справочников НДТ для российских условий. Представлены результаты исследований, полученных в ИАЭП, по НДТ переработки, хранения и использования навоза/помета. Критериями оценки элементов технологии являются выбросы аммиака и запахи; выбросы мелких частиц (пыли); выбросы метана; выбросы закиси азота; потери N-/P; энергопотребление; расход воды; обеспечение комфорта животных и людей; эффективность использования питательных веществ во всей цепочке производства продукции; экономическая оценка. Для оценки выделения азота и фосфора в окружающую среду при переработке отходов животноводства в статье представлена математическая модель. Выбор НДТ на примере переработки и использования навоза показал, что при внедрении системы НДТ возможно снижение потерь азота и фосфора на 60 и 28% соответственно. При этом большое значение имеет наличие государственной экономической поддержки, которая должна составлять не менее 25-30% от себестоимости приготовления и использования органических удобрений.
Ключевые слова: экологическая безопасность, сельское хозяйство, наилучшая доступная технология, навоз, помет.
Одной из приоритетных задач Российской Федерации является задача обеспечения продовольственной безопасности страны, увеличения объема производства сельскохозяйственной продукции, позволяющего удовлетворить потребности населения и организовать устойчивый экспорт сельхозпродукции. Выполнение этой задачи невозможно без комплексного научного изучения проблем производства сельхозпродукции, разработки и внедрения передовых технологий, позволяющих максимально использовать имеющийся биопотенциал и обеспечивающих экологическую безопасность производства. Согласно планам развития сельского хозяйства Российской Федерации намечается постепенное увеличение поголовья животных и птицы за счет реконструкции суще-
ствующих и строительства новых комплексов с использованием высокоинтенсивных технологий.
Учитывая опыт передовых стран по производству сельхозпродукции, весьма актуальной становится проблема (задача) обеспечения экологической безопасности производства сельхозпродукции, которая связана с рациональным использованием природных и энергетических ресурсов, переработкой отходов, очисткой сточных вод и загрязненных выбросов, мониторингом и прогнозированием состояния природных объектов сельских территорий. Прежде всего, эта проблема связана с утилизацией больших объемов навоза и помета - до 300-450 тыс. тонн в год на одном предприятии. Например, из 17 млн тонн ежегодно образующихся в СЗФО органиче-
ских отходов сельскохозяйственного производства (навоз, помет) перерабатываются и используются в качестве вторичных ресурсов только около 30%. При этом эколого-экономический ущерб при потере питательных веществ составляет около 15 млрд руб. в год [1].
В передовых странах мира, в результате многолетнего усиленного внимания к вопросам продовольственной и экологической безопасности, сложилась высокоэффективная система рекомендуемых к применению наилучших доступных технологий (Best Available Techniques - ВАТ) на основе экономически обоснованных затрат, рационального природопользования, научно-организованного технологического регламента работ, включая очистку сточных вод, выбросов в атмосферу и использования отходов. Рекомендательные справочники ВАТ, именуемые как документы BREF (Best Available Techniques REFerence Document) планируется использовать как основу при создании аналогичных российских справочников наилучших доступных технологий (НДТ) [2].
Согласно ГОСТ Р 54097-2010, НДТ - это технологический процесс, технический метод, основанный на современных достижениях науки и техники, направленный на снижение негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду и имеющий установленный срок практического применения с учетом экономических, технических, экологических и социальных факторов.
В последней редакции ФЗ "Об охране окружающей среды" N 7-ФЗ закреплены основные условия для соответствия НДТ:
- наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на единицу времени или объем производимой продукции (товара), выполняемой работы, оказываемой услуги либо другие предусмотренные международными договорами Российской Федерации показатели;
- экономическая эффективность ее внедрения и эксплуатации;
- применение ресурсо- и энергосберегающих методов;
- период ее внедрения;
- промышленное внедрение этой технологии на двух и более объектах, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.
Согласно распоряжению Правительства РФ от 24.12.2014 №2674-р «Об утверждении Перечня областей применения наилучших доступных технологий» к перечню областей применения НДТ отнесены виды деятельности: по разведению свиней, сельскохозяйственной птицы; убою животных на мясокомбинатах; производство пищевых продуктов, напитков, молока и молочной продукции, а также предприятия, на которых ежесуточно образуется более 50 тонн отходов (в эту категорию попадают крупные фермы КРС).
В соответствии с Распоряжением Правительства РФ от 19 марта 2014 г. №398-р и Постановлением Правительства РФ от 23.12.2014 №1458 создан технический комитет ТК-113 и идет формирование технических рабочих групп для разработки информационно-технических справочников НДТ по отраслям. Справочники НДТ по интенсивному животноводству и птицеводству должны быть разработаны к 2017 году.
Территория России существенно превосходит по размеру территории европейских стран, условия ведения сельского хозяйства, технологические решения могут кардинально различаться в зависимости от региона страны. Поэтому при разработке справочников НДТ целесообразно учесть природно-климатические, ресурсные и прочие характеристики отдельных регионов, особенности используемых сельскохозяйственных технологий. Для решения этих задач в ФГБНУ «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП) разработана блок-схема основных этапов формирования системы обеспечения продовольственной и экологической безопасности на основе принципов наилучших доступных технологий (рис. 1).
Внедрение принципов НДТ требует разработки новых методов, способов, систем по оценке, контролю и прогнозированию состояния окружающей среды от воздействия
сельскохозяйственных технологий. Обоснование НДТ базируется на синтезе методов и средств получения сельскохозяйственной продукции заданного количества и качества с учетом природно-климатических условий конкретного региона и эколого-экономичес-ких показателей технологий (рис. 1).
Справочные документы по НДТ планируется использовать как инструмент при выдаче комплексных природоохранных разрешений. Цель заключается в том, чтобы добиться среди промышленников и специалистов,
выдающих разрешения, одинакового понимания производственных процессов, взаимосвязанных экологических проблем. НДТ и условия выдачи соответствующего разрешения для установки определяются в каждом конкретном случае. На примере справочников НДТ, используемых в ЕС, основными разделами справочника являются: система кормления; эмиссия из животноводческих зданий; водопотребление; энергопотребление; хранение навоза; переработка навоза; внесение навоза.
Продовольственная и агроэкологическая безопасность Северо-Запада России 2030
Нормы потребления
пищевой продукции, отвеч. треб, здорового питания
Производство молока
Производство мяса
Производство яиц
Производство растительной продукции
Требуемый объем производства доступной и качественной
сельскохозяйственной продукции
♦
Требования к Качественным характеристикам продукции
Эколого-экономические показатели технологий производства сельхозпродукции (Наилучшие доступные технологии)
5
о.
о . с
=г
ас О)
5
о. о
и
§ I
а. I
го ш
л
гГ
ей
О X
_ & 1
р О) с[ ?
5 ю п о
со т
1
з: о. <и
X X т
1_ X
о О! и
н- (1)
о 3 .—.
ю о а. (С <и т а.
о. 1- X
О)
=1 ь
пз т ю о
т
ос <и X
о
■г X г; с
з: X О о. X пз н и с X ш 1- о П! О со ь
< Ц. 3" пз зс
^ о ь 10
О Го
5
О 01
^ От (и
1- о
" а.
СП со
2- О
О О
2 а.
К
(М
<и ш -а X .а л I ^ ¡и X
о ш X X (И 01 ч
и а. >■ & 01 т га Ш т О я
и <и а_ Т ш с ОС з: л и п а. о ю о
ш о. >. ( 3
V
о т а
Почвенно-климатический потенциал
Синтез методов и средств получения сельскохозяйственной продукции заданного количества и качества
Рис. 1. Блок-схема основных этапов формирования системы обеспечения продовольственной и экологической безопасности на основе принципов наилучших доступных технологий
Критериями оценки элементов технологии являются:
- выбросы аммиака и запахи;
- выбросы мелких частиц (пыли);
- выбросы метана;
- выбросы закиси азота;
- потери азота и фосфора;
- энергопотребление;
- расход воды;
- обеспечение комфорта животных и лю-
- эффективность использования питательных веществ (материальный баланс) во всей цепочке производства продукции;
- экономическая оценка.
Из основных разделов справочника НДТ и критериев оценки элементов технологии видно, что одними из основных технологических процессов, влияющих на выбор НДТ, являются переработка, хранение и использование навоза и помета. При этом основными индикаторами указанных процессов являют-
ся биогенные элементы азот и фосфор. Большие потери этих элементов при выполнении технологии говорят о ее несовершенстве, большая сохранность и высокая эффективность использования азота и фосфора свидетельствует о высоком уровне экологической безопасности технологии [3].
В рамках реализации ряда научных международных проектов BaltHazar, BASE, ERAB и др. было определено, что только в Ленинградской области ежегодно с навозом, пометом образуется около 28280 тонн азота и 5220 тонн фосфора, при этом потери азота составляют до 75%, а фосфора - до 29% (рис. 2, 3). Из рисунка 3 видно, что на потери азота основное влияние оказывает несовершенство используемых технологий, а на потери фосфора несовершенство действующего экологического законодательства и отсутствие экономического стимулирования использования качественных органических удобрений.
Для оценки потерь биогенов в ИАЭП разработана математическая модель определения потерь биогенов на стадиях производственного цикла биоконверсии отходов животноводства. Целевая функция математической модели в общем виде является суммой потерь на всех технологических операциях:
кор
Y,
Ыобщ
i=1
где Ун1 - потери азота на /-й технологической операции, кор - количество технологических операций.
Азот, 28280 т/год
□ использование
□ потери из-за несовершенства госуправления
□ потери при технологии
□ неизбежные потери
Рис. 3. Использование и потери азота, фосфора, образующегося с навозом и пометом в Ленинградской области
В случае последовательного следования технологических операций цикла биоконверсии уравнение потерь принимает следующий вид:
Ут=ЪТ=1 ((1-Ш1гхШ2гх кЫ3±) х (1 - кгу12 х Ыр22 х ЫРЗ2) х ... х (1 - х кгу21 х ЫрЗ{) х ... х (1-
ktvlkop х ktv2kop х ktv3kop) х 100)
minP/ol
Рис. 2. Содержание азота и фосфора в навозе, помете сельхозорганизаций Ленинградской области
где кМ, к^2, к^3 - определяемые технологическим воздействием коэффициенты сохранности биогенов, выражающие зависимость от технологической операции, оборудования и режима работы.
Для функционирования математической модели аналитическим путем были определены значения потерь биогенов для 11 основных технологических операций.
С целью подтверждения значений потерь биогенов, полученных аналитическим путем,
были проведены экспериментальные исследования (таблица 1) [4,5].
Таблица 1. Потери биогенов на стадии био-
Наименование технологии Потери, %
переработки N общ Р общ
Биоферментация в установ- 12,9 0,6
ках камерного типа
Биоферментация в установках барабанного типа 6,1 0,7
Пассивное компостирование 25 7
в полевых условиях
Глубокая переработка жид- 19,6 4,6
кого свиного навоза (биоло-
гическая очистка)
КБ-рУ =
+ + !(И)
МЛ -^Кор
(.1-
мк
мл
Езру
Мм.
уКор ^1=1
(1-
мм.
Мп.
-)хмм_
тационные затраты на сохранение питательных веществ; Espvgi - эксплуатационные затраты для i-й технологической операции.
Как было выше отмечено, большую роль во внедрении НДТ имеет наличие государственной экономической поддержки. На примере внедрения НДТ переработки, хранения и внесения навоза, помета поддержка должна составлять не менее значений, указанных в таблице 2 [3].
Таблица 2. Предложения по формированию субсидий на оказание несвязанной поддержки сельскохозяйственным товаропроизводителям СЗФО
Экспериментальные исследования показали, что наименьшие потери биогенов достигаются при применении технологии переработки навоза или помета с использованием биореактора барабанного типа, на который получены патенты на полезную модель (№№145378, 146604). В качестве обобщенных критериев для обоснования НДТ переработки, хранения и использования навоза предложены удельные капитальные и эксплуатационные затраты на сохранение питательных веществ с учетом потерь на каждой стадии реализации машинных технологий биоконверсии отходов животноводства:
Вид расходов Ставка (размер) субсидии (годовая), руб/га Ставка (размер) субсидии (годовая), руб/т
Приготовление и внесение органических удобрений на основе навоза КРС 3150 90
Приготовление и внесение органических удобрений на основе куриного помета 2400 200
Приготовление и внесение органических удобрений на основе свиного навоза 8400 240
где Kspv - капитальные затраты на сохранение питательных веществ; Кор - количество технологических операций во всем цикле биоконверсии; - затраты на сооружения, необходимые для i-й технологической операции; 2о1 - затраты на оборудование, необходимые для i-й технологической операции; 2й1 - затраты на технические средства, необходимые для i-й технологической операции; М№1- начальная масса азота общего перед полным циклом биоконверсии (на начало первой технологической операции); - масса азота общего после ьй технологической операции; Espv - эксплуа-
Обобщая материалы статьи, можно резюмировать, что основной курс в области природоохранной политики России взят на внедрение зарекомендовавшей себя в ЕС системы нормирования на основе НДТ. Основой системы являются справочники НДТ, которые должны быть разработаны для интенсивного свиноводства и птицеводства к 2017 году с учетом природно-климатических, ресурсных и прочих характеристик отдельных регионов, особенностей используемых сельскохозяйственных технологий.
Разрабатываемую в России систему НДТ планируется применять для сельхозпредприятий свиноводства и птицеводства, начиная с 2017 года. Обоснование выбора НДТ на примере переработки навоза, помета, хранения и внесения органических удобрений по-
1
Journal of VNHMZH №4(20)-2015
93
казало, что при внедрении системы НДТ возможно снижение потерь азота и фосфора на 60 и 28% соответственно. При этом важное значение имеет наличие государственной экономической поддержки, которая должна составлять не менее 25-30% от себестоимости приготовления и использования органических удобрений.
Литература:
1. Брюханов А.Ю., Субботин И.А. Выбор технологии и технических средств для переработки навоза и помёта на основе критериев наилучших доступных технологий // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. СПб., 2013. С. 152-158.
2. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC): Reference Document on Best Available Techniques for Intensive Rearing of Poultry and Pigs. July, 2003.
3. Рекомендации по обоснованию экологически безопасного размещения и функционирования животноводческих и птицеводческих предприятий / Брюханов А.Ю. и др. // Промышленная политика в РФ. 2014. №7-9. С. 32-38.
4. Васильев Э.В., Шалавина Е.В. Изменение содержания азота и фосфора в жидкой фракции свиного навоза при биологической очистке // Технологии и технические средства механизированного производства
продукции растениеводства и животноводства. 2014. №85. С. 146.
5. Уваров Р.А., Слободянюк П.А. Анализ интенсивных технологий переработки навоза, помета // Перспективы инновационного развития АПК и сельских территорий. СПб., 2014. С. 52-53.
Literatura:
1. Bryuhanov A.YU., Subbotin I.A. Vybor tekhnologii i tekhnicheskih sredstv dlya pererabotki navoza i pomyota na osnove kriteriev nailuchshih dostupnyh tekhnologij // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovanno-go proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovod-stva. SPb., 2013. S. 152-158.
2. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC): Reference Document on Best Available Techniques for Intensive Rearing of Poultry and Pigs. July, 2003.
3. Rekomendacii po obosnovaniyu ehkologicheski bezo-pasnogo razmeshcheniya i funkcionirovaniya zhivotno-vodcheskih i pticevodcheskih predpriyatij / Bryuhanov A.YU. i dr. // Promyshlennaya politika v RF. 2014. №7-9. S. 32-38.
4. Vasil'ev EH.V., SHalavina E.V. Izmenenie soderzha-niya azota i fosfora v zhidkoj frakcii svinogo navoza pri biologicheskoj ochistke // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2014. №85. S. 146.
5. Uvarov R.A., Slobodyanyuk P.A. Analiz intensivnyh tekhnologij pererabotki navoza, pometa // Perspektivy innovacionnogo razvitiya APK i sel'skih territory. SPb., 2014. S. 52-53.
THE AGRICALTURAL PRODUCTIVITY'S ECOLOGICAL SAFETY PROVIDING THROUGH THE BEST AVAILABLE
TECHNOLOGIES' IMPLEMENTATION UP TO 2030 A.Y. Bruchanov, candidate of technical sciences, professor, department head FGBNY "Institute of Agricultural Industry Ecological Problems"
Abstract. It is proved that the negative environmental impact's main sources are big livestock farms, which produce a large quantities of manure and dung. There in the world developed countries as a result of many years of increased attention to the food and ecological safety's issues, are folded highly efficient system of recommended for using the best available technologies (Best Available Techniques - BAT) on the basis of economically justified costs, rational nature management, science-based technology regulation of works. The article considers the prospects of the best-available technologies' system implementation (NDT) in agricultural industry, the particularities the of Russian NDT instruction's formation. The results of IAEP studies obtained by NDT processing, storage and utilization of manure/dung are presented. The criteria of technology elements evaluation are ammonia's emissions and smells; fine particles (dust) emissions; methane emissions; dioxide nitrous emissions; the N-/P losses; energy consumption; water consumption; animals and people's comfort ensuring; the efficiency of nutrient's using in the whole chain of productivity; economic evaluation. For the nitrogen and phosphorus environment's emissions due to animal wastes' treatment the article is presented the mathematical model. The NDT choice on manure processing and using example had showed that by the NDT system implementation it is possible the nitrogen and phosphorus losses in 60% and 28% respectively reducing. Thus the great importance has the state economic support's availability, that wouldn't not be less than 25-30% of the organic fertilizers' preparation and use cost. Keywords: ecological safety, agriculture, the best available technology, manure, dung.
