CC BY
36
УДК 631.1.004.18:636.22/28
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ АНАЭРОБНО-АЭРОБНОЙ ОЧИСТКИ НАВОЗНЫХ СТОКОВ
СВИНОКОМПЛЕКСОВ
Д.А. Ковалев, кандидат технических наук, заведующий отделом А.А. Ковалев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Е.И. Азимжанов, аспирант
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства E-mail: racketa2302@gmail. com
Аннотация. Проведен анализ структуры производства свинины в РФ за 2001-2015 гг., на основании которого сделан вывод, что более половины продукции производится на крупных промышленных свиноводческих комплексах. Приведен график изменения поголовья свиней в РФ за 2001-2014 гг., а также перечень крупнейших производителей свинины в РФ. Показано, что на крупных свиноводческих комплексах образуется значительное количество навозных стоков, являющихся отходами третьего класса опасности, которые необходимо утилизировать, не загрязняя при этом окружающую среду. Приведены усредненные расходы навозных стоков свиноводческих предприятий различной производительности, характеристика навозных стоков свиноводческих комплексов, а также технико-энергетические показатели очистных сооружений свиноводческих комплексов. Проведена оценка выплат за сброс неочищенных навозных стоков в условиях Московской области в соответствии с действующими нормативными актами. Предложена система анаэробно-аэробной системы очистки навозных стоков свиноводческих комплексов. Также в статье представлена блок-схема технологической линии предлагаемой системы и описание ее работы. Ключевые слова: производства свинины, свиные навозные стоки, анаэробно-аэробная очистка.
В настоящее время существует тенденция повышения производства мясной продукции в Российской Федерации. Основу роста составляет производство мяса птицы и свинины.
На рис. 1 представлены данные по росту поголовья свиней в различных категориях хозяйств за 2001-2014 гг., а в табл. 1 показаны
Как видно из представленных данных, более половины производства свинины приходится на крупные и средние свинокомплексы, где образуется значительное количество навозных стоков, которые должны утилизироваться, не загрязняя окружающую среду, при сокращении капитальных и экс-
крупнейшие производители свинины. плуатационных затрат.
25
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
■ сельхозорганизации ■ крестьянско-фермерские хозяйства ■ хозяйства населения
Рис. 1. Поголовье свиней в России по категориям хозяйств в 2001-2014 гг., данные на конец года, млн гол.
Таблица 1. Крупнейшие производители свинины
Объемы и характеристики стоков представлены в таблицах 2 и 3. При наличии сельхозугодий эти стоки могут использовать
для удобрительного полива растений, однако не везде имеется такая возможность. Так в Ленинградской области 47% свиноводческих хозяйств не имеют достаточного количества земельных угодий для внесения органических удобрений и не имеют согласования об использовании навоза с сельхозпредприятиями, занимающимися растениеводством [1]. Как видно из таблиц 2 и 3, наиболее вредное влияние на окружающую среду оказывают промышленные комплексы, на которых для уборки навоза применяется гидросмыв [2].
Для обработки сточных вод животноводческих комплексов наибольшее распространение получил аэробный метод очистки. Аэробная очистка стоков представляет, по сути, индустриализованный вариант самоочищения воды. Она необходима для получения воды, удовлетворяющей требованиям для сброса в водоемы.
Таблица 2. Усредненные расходы навозных стоков
свиноводческих предприятий различной _производительности_
Производительность предприятия, голов/год Расход стоков м3/сут. при различных системах удаления навоза
самотечная гидросмывная
непрерывного действия и секционная периодического действия бес-каналь-наль-ная каналь-наль-ная
24000 300 360 450 700
54000 700 800 1000 1400
108000 1400 1600 2000 2800
216000 2800 3200 4000 5600
Таблица 3. Характеристика навозных стоков
свинокомплексов
Показатели Значение
рН 7,1-8,0
Взвешенные вещества, мг/л 8000-39600
Сухое вещество, г/л 8-35
ХПК, мг/л 7600-40000
БПК Полн., мг/л 6400-33600
Общий азот, мг/л 1700-4370
Аммонийный азот, мг/л 480-1430
Фосфаты, мг/л 430-900
Калий, мг/л 150-630
Хлориды, мг/л 140-600
Сульфаты, мг/л 190-220
Мочевина, мг/л 1500-7200
Общее число микроорганизмов и колиподобных палочек, экз/мл 1015 - 1017
Содержание яиц гельминтов, экз/л 100-40000
в Российской Федерации
№ Организация Подтвержденный факт производства свинины на убой в живом весе в 2015 г., тыс. т Доля в общем объеме промышленного производства в РФ, %
1 АПХ "Мира-торг" 384,90 12,2
2 ГК "РусАгро" 187,82 6
3 ГК "Черкизово" 169,56 5,4
4 ООО ГК "Агро-Белогорье" 162,85 5,2
5 ЗАО "Аграрная группа" 106,25 3,4
6 ООО "Агро- промком- плектация" 102,13 3,2
7 ООО "КоПита-ния" 93,20 3
8 ООО "Великолукский свиноводческий комплекс" 85,22 2,7
9 ООО "Агропромышленная корпорация Дон" 69,19 2,2
10 ГК "Останкино" 65,00 2,1
11 ООО "Агрофирма Ариант" 61,90 2
12 АВК "Эксима" 61,00 1,9
13 ООО "Белгран-корм" 58,74 1,9
14 ООО "АПК Агроэко" 55,25 1,8
15 ООО "Камский Бекон" 49,01 1,6
16 ООО "Продо Менеджмент" 44,80 1,4
17 ГК "Космос Групп" 41,72 1,3
18 Агрохолдинг "Талина" 41,19 1,3
19 Агрохолдинг "Охотно" (ООО "Дружба") 39,63 1,3
20 ООО СПК "Звениговский" 38,10 1,2
Итого 20 крупнейших предприятий 1917,46 60,8
Остальные 1236,58 39,2
Лоигпа! оГ УШТ^Н №4(24)-2016
117
Метод заключается в перемешивании стоков с подачей воздуха, что обеспечивает развитие аэробных бактерий, окисляющих органическое вещество до углекислоты и образующих биомассу («активный ил») в количестве примерно 60% от окисленного органического вещества [2]. Однако опыт эксплуатации очистных сооружений, основанной на применении этого метода, показал, что требуемый уровень очистки не достигается, что ведет к повышенному расходу электроэнергии на обработку навозных стоков в аэротенках. Главная причина этого - высокая концентрация органических веществ, находящихся в стоках, подаваемых на обработку в аэротенки. Применяемые технические средства для предварительной обработки (центрифуги, отстойники и др.) не могут обеспечить удаления нужного уровня взвешенных и растворенных веществ из стока.
Известные попытки повышения эффективности данной системы очистки путем предаэрации, увеличения количества ступеней аэробной обработки ведет к дополнительному расходу электроэнергии и соответственного увеличения количества избыточного активного ила, который нужно утилизировать. Альтернативой существующему методу может быть очистка стоков в системах биологических прудов, однако применение таких систем требует сравнительно больших площадей под их строительство и носит локальный характер.
Одним из путей решения данной проблемы является применение предварительной анаэробной обработки стоков в общей технологической линии их утилизации. Применение анаэробной обработки навозных стоков перед подачей их в аэротенки позволяет частично конверсировать растворенные органические вещества в биогаз и добиться требуемого уровня концентрации загрязнений для эффективной аэробной очистки.
Система биологической очистки, основанная на аэробном методе, требует громадных расходов электроэнергии, в основном, на аэрацию и перекачку стоков, как видно из таблицы 4, в которой приведены ее основные технико-энергетические показатели [2].
Таблица 4. Технико-энергетические показатели очистных сооружений свинокомплексов
Мощность свино-комплекса Производительность Расход электроэнергии на обработку навозных стоков
м3 стока т АСВ кВт х ч кВт х ч £ кВт х ч
сутки сутки м3 стока т АСВ сутки
54 тыс. гол/год 1300 21,8 2,52 150 3276
108 тыс. гол/год 2600 43,6 1,80 106 4680
Свиноводческие стоки являются отходами 3 класса опасности. Согласно Постановлению Правительства РФ от 01.07.2005 №410 стоимость сброса 1 т данных отходов составляет 497 руб., кроме того, для различных регионов введены дополнительные повышающие коэффициенты. Например, для сброса 1 т свиноводческих стоков в Московской обл. введены следующие коэффициенты: 1,2 (является бассейном Каспийского моря) и 1,6. Таким образом, стоимость сброса 1 т свиноводческих стоков в Московской области будет составлять 954 руб. Экономическая эффективность применения анаэробной очистки зависит от состава сточной воды, объемов реактора, его конструкции, стоимости рабочей силы и т.п. Сравнительный анализ аэробной и анаэробно-аэробной технологий очистки сточных вод, проведенный американскими исследователями, показал, что:
- анаэробно-аэробная очистка более экономична, чем аэробная применительно к сточным водам с БПК5 более 1 г/л (при БПК5 = 5 г/л приведенные затраты ниже в 1,8 раза);
- капитальные затраты в интервале БПК5 1-3 г/л примерно сопоставимы для обеих технологий, при БПК5 более 3 г/л они существенно ниже для анаэробно-аэробной;
- эксплуатационные затраты на анаэробную очистку практически не зависят от концентрации загрязнений, тогда как для аэробной они линейно возрастают [3].
Нами предлагается следующая система анаэробно-аэробной системы очистки навозных стоков свинокомплексов (рис. 2). Технологическая линия работает следующим образом: навозные стоки собираются в приемнике-усреднителе, откуда поступают в цех механического разделения на фракции, фу-
гат поступает в вертикальные отстойники, а твердая фракция совместно с осадком из вертикальных отстойников подготавливается к анаэробному сбраживанию в метантенках.
Механическое разделение на фракции
Фугат
Гравитационное
разделение в отстойниках
V
Сгущенная фракция
Осадок
Л/
Надосадочная жидкость
Подготовка к анаэробной обработке
Анаэробная обработка в метантенке
О
Твердая фракция
л
Блок утилизации биогаза
Анаэробная обработка
в биореакторе с удержанием биомассы новой конструкции
Механическое разделение на фракции
Очищенная жидкость
И
Рис. 2. Блок схема технологической линии анаэробно-аэробной переработки навозных стоков свинокомплексов
Подготовка к сбраживанию состоит в переводе органического вещества в растворимую форму для повышения степени разложения при анаэробном сбраживании в метан-тенке и увеличения выхода биогаза. Надоса-дочная жидкость совместно с жидкой фракцией, получаемой после механического разделения сброженного осадка, подается в биореактор с удержанием биомассы, где происходит ее очистка от органических веществ. После анаэробной обработки сточная жидкость доочищается в аэробных биореакторах - аэротенках до норм сброса.
Выводы.
1. Отсутствие систем очистки навозных стоков приводит к загрязнению окружающей среды и требует дополнительных затрат на оплату сбросов.
2. Применение только аэробной обработки не обеспечивает требуемого качества очистки и требует высоких капитальных и эксплуатационных затрат.
3. Анаэробно-аэробная технология очистки
навозных стоков позволяет достигнуть требуемого уровня очистки при значительном снижении капитальных и эксплуатационных затрат.
Литература:
1. Шалавина Е.В. Повышение эффективности переработки жидкой фракции свиного навоза путем оптимизации технологических процессов и формирования адаптивных технологий // Вестник ВНИИМЖ. 2015. №4.
2. Ковалев Д.А. Совершенствование технологии очистки навозных стоков свинокомплексов. М., 2004.
3. Калюжный С.В. Итоги науки и техники. М., 1991.
Literatura:
1. SHalavina E.V. Povyshenie ehffektivnosti pererabotki zhidkoj frakcii svinogo navoza putem optimizacii tekhno-logicheskih processov i formirovaniya adaptivnyh tekhno-logij // Vestnik VNIIMZH. 2015. №4.
2. Kovalev D.A. Sovershenstvovanie tekhnologii ochistki navoznyh stokov svinokompleksov. M., 2004.
3. Kalyuzhnyj S. V. Itogi nauki i tekhniki. M., 1991.
Доочистка в аэробном биореакторе (аэротенке)
THE PIG COMPLEXES MANURE DRAINS CLEANING ANAEROBIC-AND-AEROBIC SYSTEMS JUSTIFICATION
D.A. Kovalev, candidate of technical sciences, department head
A.A. Kovalev, candidate of technical sciences, senior research worker
E.I. Azimjanov, post-graduate student
All-Russian research institute of agriculture electrification
Abstract. The pork productivity structure analysis in Russia for 2001-2015 had done, on the base of which it was concluded that more than a half of pig products were produced on large industrial pig complexes. The graph of the number of pigs' variation in Russia for 2001-2014 is given, as well as a list of the Russian largest pork producers. It is shown that on a large pig-breeding complexes there are formed a large of manure drains amount, that are the wastes of the third class of danger, and should be disposed without the surrounding environment contaminating. The various meat production pig enterprises manure drains' average costs, pig-breeding complexes manure drains' characteristic, as well as technical-and- energy performances of pig-breeding complexes' treatment facilities are shown. The payments' assessment of the untreated manure drains discharge in the Moscow region in accordance with the applicable regulations is given. The pig-breeding complexes manure anaerobic-aerobic treatment system is proposed. The article also presents the proposed system's technological line block scheme and its work description. Keywords: pork productivity, pig manure drains, anaerobic-and-aerobic treatment.
Journal of VNIIMZH №4(24)-2016
119
