CC BY
37
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.106.4.020
ПЕРЕРАБОТКА ЖИДКИХ ОТХОДОВ СВИНОКОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПОВ НАИЛУЧШИХ ДОСТУПНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Научная статья
Куликова М.А.1' *, Оковитая К.О.2, Суржко О.А.3
1 ORCID: 0000-0003-4000-0040;
3 ORCID: 0000-0003-1944-3816;
1 2 3 Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, Новочеркасск,
Россия
* Корреспондирующий автор (my7rysyk[at]mail.ru)
Аннотация
В статье представлены результаты исследований переработки жидких отходов свинокомплексов. Разработана технология переработки жидкого навоза свинокомплексов с использованием известкового молока и минерального удобрения с рН менее 7, в результате которой получается новое органоминеральное удобрение и вода для гидросмыва и для удобрительных поливов.
Разработанную авторами технологию целесообразно использовать на крупных свиноводческих комплексах, которые не имеют собственных сельскохозяйственных угодий. Внедрение технологии реагентной переработки жидкого навоза свиноводческих комплексов позволяет исключить загрязнение поверхностных и подземных вод, атмосферы и литосферы. Органоминеральные удобрения, получаемые из жидких отходов свинокомплексов, способствуют восстановлению плодородия кислых почв и повышению плодородия нейтральных. Использование очищенной жидкой фазы для удобрительных поливов и гидросмыва позволяет уменьшить потребление природной воды.
Повышение экономической эффективности деятельности свинокомплексов достигается за счёт продажи органоминеральных удобрений, повышения урожайности кормовых культур, уменьшения затрат на покупку природной воды и экологических штрафов.
Элементами наилучших доступных технологий является вторичное использование отходов и уменьшение загрязнения окружающей среды.
Ключевые слова: свинокомплексы, жидкий навоз, переработка, наилучшие доступные технологии, органоминеральное удобрение, экология.
PROCESSING OF LIQUID WASTE FROM PIG FARMS USING THE PRINCIPLES OF THE BEST AVAILABLE TECHNOLOGIES
Research article
Kulikova M.A.1' *, Okovitaya K.O.2, Surzhko O.A.3
1 ORCID: 0000-0003-4000-0040;
3 ORCID: 0000-0003-1944-3816; u 2, 3 piatov South-Russian State Polytechnic University, Novocherkassk, Russia
* Corresponding author (my7rysyk[at]mail.ru)
Abstract
The article presents the results of research on the processing of liquid waste from pig farms. The authors introduce technology for processing liquid manure of pig farms using limewater and mineral fertilizer with a pH of less than 7, which results in a new organomineral fertilizer and water for water wash and fertilizing irrigation.
The technology developed by the authors should be used on large pig-breeding complexes without agricultural land. The introduction of the technology of reagent processing of liquid manure of pig-breeding complexes makes it possible to eliminate contamination of surface and underground waters, the atmosphere, and the lithosphere. Organomineral fertilizers obtained from liquid waste of pig farms help to restore the fertility of acidic soils and increase the fertility of neutral ones. The use of the purified liquid phase for fertilizing irrigation and water washing allows for reducing natural water consumption.
The increase in the economic efficiency of pig farms is achieved through selling organic fertilizers, increasing the yield of feed crops, reducing the cost of buying natural water, and the expenses on environmental fines.
The elements of the best available technologies are the recycling of waste and the reduction of environmental pollution.
Keywords: pig farms, liquid manure, processing, best available technologies, organomineral fertilizer, ecology.
Введение
Проблему рационального и эффективного использования жидких отходов животноводческих хозяйств целесообразно рассматривать с позиции охраны окружающей среды, экономии природных ресурсов, уменьшения деградации и восстановления природных биогеоценозов.
Рациональное использование отходов с высокой агромелиоративной ценностью предполагает изучение их, как вторичных ресурсов, требующее разработки технологий переработки и обеззараживания с сохранением органических и минеральных соединений, предотвращающее загрязнение окружающей среды [1], [2].
Прежде всего рассмотрим общие положения и примеры по управлению отходами, фокусируя внимание на опыте экономически развитых стран. Рациональное природопользование отличается следующими особенностями:
1. Использование природных ресурсов должно сопровождаться их восстановлением, что особенно важно для возобновляемых ресурсов;
2. Комплексное использование природных ресурсов;
3. Вторичное использование ресурсов;
4. Внедрение новейших технологий с целью снижения техногенной нагрузки на окружающую природную среду.
Стратегия устойчивого развития включает экономию всех ресурсов. Отходы в большинстве случае являются вторичными ресурсами, поэтому важно рационально и эффективно их утилизировать, используя положения комплексного управления отходами.
В РФ уровень внедрения ресурсосберегающих технологий, особенно в агропромышленном комплексе, низкий, так как страна обладает богатыми природными ресурсами. Для обеспечения экономически выгодного ресурсосбережения необходимо выполнять ряд мероприятий (рис.1).
Отходы представляют собой потерю материальных и энергетических ресурсов и эти потери необходимо минимизировать. Количество отходов является индикатором эффективности использования исходного сырья. В России декларируют тезис «отходы в доходы», однако, в целом, только незначительная их часть эффективно утилизируется, особенно в агропромышленном комплексе.
Рис. 1 - Мероприятия для обеспечения экономически выгодного ресурсосбережения
Особое внимание необходимо уделять рециклингу и снижению опасных веществ в отходах. Рециклинг — это такая технология обработки отходов, при которых получаются продукты, используемые в первоначальных циклах.
Основная цель состоит в рециклинге отходов до уровней, которые имеют смысл, то есть до момента, когда все еще будет экологических выигрыш и это будет возможно технически и целесообразно экономически. Например, по степени рециклинга страны ЕС разделяют на три категории: с высоким уровнем (более 30%); со средним уровнем (15-30%); с низким уровнем (до 15%). В нашей стране данных по уровню рециклинга в различных отраслях промышленности, а особенно в АПК, авторам найти не удалось. Препятствием для роста уровня рециклинга является то, что для него необходимы более высокие технологические, организационные, правовые и информационные требования, особенно по сравнению со сжиганием или полигонным депонированием.
Схема управления отходами представлена на рис. 2.
Рис. 2 - Схема управления отходами
Мероприятия по обеспечению перехода различных министерств и ведомств на принципы наилучших доступных технологий (НДТ) до сих пор не носят системного характера, они представляют собой компромисс между возможностями промышленности и требованиями в области природопользования.
Для многих компаний переход на НДТ связан со значительными капитальными затратами на модернизацию производства, что заставляет их сопротивляться скорейшему внедрению НДТ. Преобладает узкопрофильный подход, не позволяющий создавать и внедрять НДТ на «грязных» производствах.
Промышленное свиноводство далеко не всегда имеет собственную кормовую базу, а потому возможность экологически безопасно перерабатывать жидкий навоз и вовлекать его в замкнутый цикл сельскохозяйственного производства является актуальной задачей.
Необходимо отметить работы по изучению адаптивных технологий переработки свиного навоза. Технология глубокой переработки жидкого навоза включает: время первичной седиментации - 17 суток; время аэрации - 217 суток; время вторичной седиментации - примерно 22 часа. В результате получают очищенную жидкость для сброса на поля фильтрации с содержанием общего азота 1000 мг/л, фосфора - 13 мг/л и твёрдого органического удобрения. Длительная аэрация приводит к окислению (потере) ценных органических удобрений и разложению их до углекислого газа и воды, что с позиции ресурсосбережения нельзя считать целесообразным [3], [4], [6]. Более целесообразна, с нашей точки зрения, технология переработки навоза с глубоким компостированием и получением концентрированного органического удобрения [7].
Целью работы является переработка жидких отходов свинокомплексов с получением органоминерального удобрения на основе принципов наилучших доступных технологий.
Основная часть
Идея авторов при обработке жидких отходов свинокомплексов, которые зачастую имеют первой класс опасности, заключается в максимальном извлечении из этих отходов ценных для растениеводства компонентов.
Химический состав жидкого навоза характеризует его высокий агромелиоративный потенциал, но он непостоянен и зависит от многих факторов. В среднем, жидкий навоз содержит (кг/м3): сухого остатка - 24; органических веществ -17; общего азота - 4; органического азота - 2; аммиачного азота - 2; фосфора - 3; калия- 2%; БПК5 - 12; ХПК - 23.
Необходимо обеспечить не очистку жидких отходов или сточных вод при гидросмывной системе удаления навоза, а именно обработку с целью извлечения ценных компонентов и получения органоминеральных удобрений. В этом случае достигается ресурсосбережение, уменьшение техногенной нагрузки на гидросферу, почву и атмосферу, а также получение нового товарного продукта. Такую технологию можно отнести к наилучшей доступной [8 ], [9], [10].
Авторами разработана и научно обоснована технология реагентной обработки отходов свинокомплексов - жидкого навоза с получением органоминерального удобрения. В качестве реагента, дестабилизирующего коллоидную систему жидкого навоза, используем известковое молоко или шлам карбида кальция или дефекат, а последующая нейтрализация производится кислым минеральным удобрением [11], [12], [13].
На рис. 3 представлена вариантная схема обработки жидкого навоза свинокомплекса.
На первом этапе жидкий навоз проходит механическую очистку от грубодисперсных примесей и усреднение расхода.
В качестве щелочного реагента используем 10% суспензию известкового молока. Если нет необходимости подкисления, на схеме «нет», то выделяем осадок, обезвоживаем его в гидроциклоне и декантере, сушим, гранулируем, фасуем и продаем известковое ОМУ для кислых почв. Если требуется получать ОМУ рН 6,0 -7,5, то после обработки щелочным реагентом возможны варианты получения ОМУ для почв с различной кислотностью добавляем
нейтрализующий реагент-минеральные удобрения с рН менее 7,0 смесь разделяем на осадок (ОМУ) и воду. Осадок частично обезвоживаем и храним в геотубах для последующего удобрения полей.
В случае необходимости обеззараживания осадка от яиц гельминтов направляем его в цикл, где имеется сушилка. Важно отметить, что после обработки известковым молоком достигается обеззараживание жидкой фазы, идущей на орошение, а главное, происходит дезодорация воды и осадка. Таким образом, реализация предложенной схемы обработки жидкого навоза свинокомплексов, позволяет производить два вида удобрений с различным значением рН, использование которых позволит предотвратить деградацию почв и повысить их плодородие. Эколого-экологическая целесообразность внедрения такой технологии в агропромышленном кластере, по мнению авторов, очевидна.
Рис. 3 - Вариантная схема обработки жидкого навоза свинокомплекса
Тема актуальна, так как по данным последнего цикла агрохимического обследования почв из 83,6 млн. га площадей пашни 29,4 млн. га или 35% имеют повышенную кислотность. Сильно кислые почвы занимают площадь 2,7 млн. га, а среднекислые 8 млн. га [14]. Необходимо отметить, что некоторыми учёными была изучена агроэкологическая и энергетическая эффективность сочетания известкования с минеральными удобрениями. Известкование почв в РФ практически не производится и применение ОМУ с рН 8-11может значительно повысить биопродуктивность почв [14].
В результате обработки жидких отходов получаем жидкую фазу, которую нужно использовать для орошения кормовых культур (табл. 1).
Таблица 1 - Качество жидкой фазы после реагентной обработки сточных вод животноводческого комплекса
Показатели До обработки, % После обработки кислым удобрением, %
рН 6,6 7,9
Органическое вещество 67 -
Мобщ, мг/л 700 300 (это в 1,5 раза больше, чем необходимо для орошения)
МН4, мг/л 600 200 (хороший результат для растений)
N03, мг/л 30 20
Фосфор Р2О5 , мг/л 700 100
К20, мг/л 400 100
№Р:К 1:1:1 3:1:1
Анализ данных, приведённых в табл.1, позволяет сделать вывод о перераспределении органических соединений и N Р, К между жидкой фазой и осадком - органоминеральным удобрением. Органические вещества полностью переходят в ОМУ и поэтому их нет в жидкой фазе. Фосфор и калий в жидкую фазу переходят в количестве, соответственно, 4 % и 25 %. Азот аммонийный в количестве 300 мг/л превышает норматив в 1,5 раза, а потому для орошения кормовых культур необходимо разбавление свежей водой.
Исходя из химического состава жидкой фазы, можно рекомендовать её для удобрительных поливов кормовых культур.
Важно отметить, что использование реагентов при обработке жидкого навоза позволяет осуществить дезодорацию жидкой фазы и органоминерального удобрения, что особенно важно не только для работников свинокомплексов, но и для жителей сельских поселений. Реагентная технология обработки жидкого навоза свинокомплексов с получением органоминеральных удобрений (когда в качестве одного из реагентов используют известковое молоко) предотвращает образование и эмиссию парниковых газов в атмосферу.
В связи с вышеизложенным, возникает вопрос о стоимости получаемого из жидких отходов органоминерального удобрения. Эта тема требует глубокого технико-экономического обоснования. Однако, уже сейчас можно отметить, что затраты рассчитываются не на получение удобрения, а на переработку отходов свинокомплексов. Нами установлено, что при использовании ОМУ себестоимость возделывания кукурузы в початках и ячменя снизилась на 35-40% [15]. При этом необходимо для каждого конкретного случая рассчитывать и предотвращенный экологический ущерб.
Наилучшие доступные технологии представляют собой совокупность технологических процессов, оборудования, технических методов, способов, приемов и средств, обеспечивающих наилучшее сочетание показателей, характеризующих достижение целей охраны окружающей среды и экономической эффективности при условии их технической осуществимости.
В случае использования разработанной авторами и описанной технологии, элементами НДТ являются наименьший уровень воздействия на окружающую среду, наибольшее ресурсосбережение и малый период внедрения.
Если сравнивать эту технологию с общей схемой управления отходами (рис.2), то общими элементами являются: предварительная обработка отходов; повышение качества отходов; вторичное использование и частично рециклинг, подразумевая цепочку животные-отходы-ОМУ-корма-животные.
Главным является уменьшение загрязнения окружающей среды, сбережение и рациональное использование природных ресурсов.
Наибольшее ресурсосбережение достигается за счет использования отхода, как вторичного ресурса с получением ОМУ и воды для орошения кормовых культур. Применительно к АПК с учётом всего многообразия сырья и материалов, ингредиентов, оборудования и технологических решений и в условиях усиления требований потребителей к пищевой и экологической безопасности продукции изучение и реализацию современных требований наилучших доступных технологий необходимо проводить для сравнительного анализа и выбора наилучших доступных технологий, внедрение которых позволит повысить уровень энерго- и ресурсоэффективности производств и снизить негативное воздействие на окружающую среду.
Заключение
Разработанную авторами технологию целесообразно использовать, в первую очередь, на крупных свиноводческих комплексах, которые не имеют собственных сельскохозяйственных угодий, но могут производить ОМУ и не наносить ущерб окружающей среде. Внедрение технологии реагентной переработки жидкого навоза свиноводческих комплексов с использованием известкового молока и кислых минеральных удобрений позволяет исключить загрязнение поверхностных и подземных вод, атмосферы и литосферы.
Органоминеральные удобрения, получаемые из жидких отходов свинокомплексов, позволяют восстановить плодородие кислых почв и повысить плодородие нейтральных. Использование очищенной жидкой фазы для удобрительных поливов и гидросмыва позволяет уменьшить потребление природной воды.
Повышение экономической эффективности деятельности свинокомплексов достигается за счёт продажи органоминеральных удобрений, повышения урожайности кормовых культур и уменьшения затрат на покупку
природной воды. Элементами наилучших доступных технологий являются: вторичное использование отходов с получением товарного продукта, уменьшение загрязнения окружающей среды и экологических штрафов.
Конфликт интересов Conflict of Interest
Не указан. None declared.
Список литературы / References
1. ГОСТ З 54097-2010 Ресурсосбережение. Наилучшие доступные технологии. Методология идентификации.
2. ГОСТ Р 56828.22-2017 Наилучшие доступные технологии, ресурсосбережение. Стратегии, принципы и методы обработки экологически ориентированного обращения с отходами.
3. ИТС 41-2017 Интенсивное разведение свиней.
4. Шалавина Е.В. Выбор наилучших доступных технологий переработки жидкой фракции свиного навоза / Е.В. Шалавина // Инновации в сельском хозяйстве. 2014. №3 (8). С.179-183.
5. Шалавина Е.В. Исследование седиментации свиного навоза, его жидкой фракции и навозосодержащих стоков / Е.В. Шалавина, И.А. Субботин, Е.В. Васильев // Вестник Ульяновской ГСХ. 2014. №1 (25).
6. Шалавина Е.В. Формирование адаптивных технологий переработки свиного навоза / Е.В. Шалавина // Техника и технологии в животноводстве. №4(24).
7. Бондаренко А.М. Перспективные технологии переработки навоза в концентрированные органические удобрения / А.М. Бондаренко, Л.С. Качанова // Техника и технологии АПК. Вестник №1. 2016 .№1. с.20.
8. ГОСТ Р 54651-2011 Удобрения органические на основе осадков сточных вод. Технологические условия-ИС.
9. ГОСТ Р 56828.22-2017 Наилучшие доступные технологии, ресурсосбережение. Стратегии, принципы и методы обработки экологически ориентированного обращения с отходами.
10. Постановление Правительства РФ от 23 декабря 2014 г. N 1458 "О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям" (с изменениями и дополнениями).
11. Суржко О.А. Экологическая безопасность при переработке и утилизации концентрированных по биогенным элементам жидких отходов промышленных предприятий / О.А. Суржко, М.А. Куликова. Юж. - Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).-Новочеркасск. ЮРГТУ(НПИ). 2011-140 с.
12. Способ подготовки сточных вод для сельскохозяйственного использования: Пат. 2683759 Российская Федерация, МПК C02F 1/52, C05F 3/02, C05F 7/00, C02F 103/20 / Т.А. Колесникова; М.А. Куликова, Е.А. Грибут и др.; Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ) им. М.И. Платова. - № 2018119414 ; заявл. 25.05.2018 ; опубл. 01.04.2019, Бюл. № 10 - 2019.
13. Способ получения органоминерального удобрения. Пат.2727004 Российская Федерация / Т.А. Колесникова; М.А. Куликова, О.А. Суржко и др.; Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ) им. М.И. Платова. опубл.17.07.2020.
14. Сычев В.Г. Современное состояние плодородия почв и основные аспекты его регулирования / В.Г. Сычев.-М.: РАН. 2019.-325с.: ил.84.
15. Monastyrskiy D.I. Application of modern business models when implementing resourse saving technologies in the agrocomplex / D.I. Monastyrskiy, T.A. Kolesnikova, M.A. Kulikova // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Sciense 677(2021) 022074 doi: 10.1088/1755-1315/677/2/022074.
Список литературы на английском языке / References in English
1. GOST Z 54097-2010 Resursosberezhenie. Nailuchshie dostupnye tekhnologii. Metodologija identifikacii [Resource Saving. the Best Available Technologies. Identification Methodology] [in Russian]
2. GOST R 56828.22-2017 Nailuchshie dostupnye tekhnologii, resursosberezhenie. Strategii, principy i metody obrabotki ehkologicheski orientirovannogo obrashhenija s otkhodami [Best available technologies, resource saving. Strategies, principles and methods of processing environmentally oriented waste management]
3. ITS 41-2017 Intensivnoe razvedenie svinejj [Intensive Rearing of Pigs] [in Russian]
4. Shalavina E. V. Vybor nailuchshikh dostupnykh tekhnologijj pererabotki zhidkojj frakcii svinogo navoza [Selection of the Best Available Technologies for Processing the Liquid Fraction of Pig Manure] / E. V. Shalavina // Innovacii v sel'skom khozjajjstve [Innovations in Agriculture]. 2014. №3 (8), pp. 179-183 [in Russian]
5. Shalavina E. V. Issledovanie sedimentacii svinogo navoza, ego zhidkojj frakcii i navozosoderzhashhikh stokov [A Study of Sedimentation of Pig Manure, Its Liquid Fraction and Manure-Containing Effluents] / E. V. Shalavina, I. A. Subbotin, E. V. Vasiliev // Vestnik Ul'janovskojj GSKh [Bulletin of the Ulyanovsk State Agricultural Academy]. 2014. No. 1 (25) [in Russian]
6. Shalavina E. V. Formirovanie adaptivnykh tekhnologijj pererabotki svinogo navoza [Formation of Adaptive Technologies for Processing Pig Manure] / E. V. Shalavina // Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve [Equipment and Technologies in Animal Husbandry]. №4(24) [in Russian]
7. Bondarenko A.M. Perspektivnye tekhnologii pererabotki navoza v koncentrirovannye organicheskie udobrenija [Perspective Technologies of Manure Processing Into Concentrated Organic Fertilizers] / A. M. Bondarenko, L. S. Kachanova // Tekhnika i tekhnologii APK [Agricultural Machinery and Technologies]. Bulletin No. 1. 2016. No. 1. p. 20 [in Russian]
8. GOST R 54651-2011 Udobrenija organicheskie na osnove osadkov stochnykh vod. Tekhnologicheskie uslovija [Organic fertilizers on the basis of sewage sludge. Specifications ] [in Russian]
9. GOST R 56828.22-2017 Nailuchshie dostupnye tekhnologii, resursosberezhenie. Strategii, principy i metody obrabotki ehkologicheski orientirovannogo obrashhenija s otkhodami [Best available techniques. Resources saving. Strategies, principles and methods of ecologically-oriented treatment of waste] [in Russian]
10. Postanovlenie Pravitel'stva RF ot 23 dekabrja 2014 g. N 1458 "O porjadke opredelenija tekhnologii v kachestve nailuchshejj dostupnojj tekhnologii, a takzhe razrabotki, aktualizacii i opublikovanija informacionno-tekhnicheskikh spravochnikov po nailuchshim dostupnym tekhnologijam" (s izmenenijami i dopolnenijami). [Decree of the Government of the Russian Federation from December 23, 2014 N 1458 "on the Procedure for Determining the Technology as the Best Available Technology, as well as the Development, Updating, and Publication of Information and Technical Reference Books on the Best Available Technologies" (with amendments and additions)] [in Russian]
11. Surzhko O. A. Ehkologicheskaja bezopasnost' pri pererabotke i utilizacii koncentrirovannykh po biogennym ehlementam zhidkikh otkhodov promyshlennykh predprijatijj [Environmental Safety in the Processing and Utilization of Liquid Waste of Industrial Enterprises Concentrated on Biogenic Elements] / O. A. Surzhko, M. A. Kulikova / Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI) .- Novocherkassk. YURSTU(NPI). 2011-140 p. [in Russian]
12. Pat. 2683759 Russian Federation Sposob podgotovki stochnykh vod dlja sel'skokhozjajjstvennogo ispol'zovanija [Method of wastewater treatment for agricultural use], IPC Classification: C02F 1/52, C05F 3/02, C05F 7/00, C02F 103/20 / Kolesnikova T. A.; Kulikova M. A., E. A. Gribut et al; Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). - No. 2018119414; Filing date: 25.05.2018; published on 01.04.2019, Byul. No. 10-2019.
13. Pat. 2727004 Russian Federation Sposob poluchenija organomineral'nogo udobrenija [Method of Obtaining Organomineral Fertilizer] / Kolesnikova T. A., Kulikova M. A., O. A. Surzhko et al.; Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). publ. 17. 07. 2020.
14. Sychev V. G. Sovremennoe sostojanie plodorodija pochv i osnovnye aspekty ego regulirovanija [The Current State of Soil Fertility and the Main Aspects of Its Regulation] / V. G. Sychev. - M.: RAS. 2019, 325 p.: pic. 84 [in Russian]
15. Monastyrskiy D.I. Application of modern business models when implementing resourse saving technologies in the agrocomplex / D.I. Monastyrskiy, T.A. Kolesnikova, M.A. Kulikova // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Sciense 677(2021) 022074 DOI: 10.1088/1755-1315/677/2/022074.
