CC BY
340
УДК 631.879.42:631.22.018
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПОСТИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
В.В. Миронов, доктор технических наук
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства В.И. Стяжкин, кандидат технических наук РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева А.А. Седых, аспирант
Мичуринский государственный аграрный университет E-mail: [email protected]
Аннотация. Ежегодный выход помета в России составляет более 20 млн т, и ожидается его увеличение к 2020 году за счет реконструкции существующих и строительства новых птицефабрик и комплексов. Вместе с тем, переработка помета требует значительных энергозатрат, а получаемые органические удобрения должны быть полностью обеззаражены от патогенной микрофлоры и личинок гельминтов, а также, в сравнении с исходным сырьем, характеризоваться пониженной влажностью и увеличенной концентрацией питательных элементов растений. Исследования проведены в условиях производства крупного птицеводческого предприятия ООО «ЛИСКо Бройлер» (ГК «Черкизово») по откорму до 8,5 млн бройлеров одновременного содержания. Предложен новый метод усовершенствования технологического процесса - внедрение АСП-компостирования, сочетающего преимущества как площадочного, так и камерного способов компостирования, и обеспечивающего независимость от атмосферных осадков, высокие объемы переработки, улучшение качества компоста и значительное снижение выбросов загрязняющих атмосферу компонентов: микроорганизмы, меркаптаны, амины, аммиак, сероводород, пыль пуховая и др. Внедрение разработанных технологических и технических решений позволит получить компост влажностью, равной исходной влажности сырья 60±2% за 21-28 суток. При этом пропускная способность площадки компостирования увеличится до 126 тыс. т в год, что на сегодняшний день превышает на 15% массу поступающего сырья - помета птичьего с подстилкой. Предложенная технология обеспечивает соблюдение требований природоохранного законодательства, а также действующих санитарно-эпидемиологических и ветеринарных нормативных правовых актов.
Ключевые слова: помет, подстилка, микроорганизмы, ворошитель буртов, компост, удобрение, биотехнология, влагосодержание.
В процессе эксплуатации птицеводческих комплексов накапливается большое количество помета. В среднем, от одной птицефабрики мощностью до 500 тыс. кур-несушек или 6 млн бройлеров поступает до 125 т помета в сутки, более 1,5 тыс. куб. м сточных вод. Для складирования и хранения сырого помета отчуждаются большие площади сельскохозяйственных угодий с выводом их из оборота на 3-5 лет.
Помет является важнейшим сырьем для производства органических удобрений, необходимых для сохранения и повышения плодородия почвы. Ежегодный выход помета в России составляет более 20 млн т, и ожидается его увеличение к 2020 году за счет реконструкции существующих и строи-
тельства новых птицефабрик и комплексов. Вместе с тем, переработка помета требует значительных энергозатрат, а получаемые органические удобрения должны быть полностью обеззаражены от патогенной микрофлоры и личинок гельминтов, а также, в сравнении с исходным сырьем, характеризоваться пониженной влажностью и увеличенной концентрацией питательных элементов растений. Решение этого вопроса возможно осуществить за счет внедрения высокотехнологичных линий и цехов переработки помета в качественное органическое удобрение. В то же время применение таких энерговооруженных технических систем приводит к кратному увеличению затрат на производство удобрений, что в свою очередь ведет
к убыточности их использования, так как прибавочный продукт сельскохозяйственных культур не окупает произведенные затраты.
Основанием для проведения научно-исследовательской работы являлся договор на выполнение научно-исследовательских работ от 08.11.2016 №1065/16/ПБ/У с ООО «ЛИСКо Бройлер» (ГК «Черкизово»).
Источниками исходных данных являлись:
- основные характеристики производства компоста из помета птичьего с подстилкой с последующей грануляцией;
- данные обследования площадки компостирования, цеха грануляции; буртов компостируемого материала, сырья, компоста, гранул (рис.1);
- инструкция по компостированию подстилки с пометом, технические условия (ТУ 9841-002-99803052-2011 «Удобрение органическое на основе отходов животноводства: компост на основе куриного помета»; ТУ 9841-003-99803052-2012 «Удобрение органическое на основе отходов животноводства: помет подстилочный»; ТУ 9841-004-9980 3052-2012 «Удобрение органическое на основе отходов животноводства: компост на основе куриного помета гранулированный»);
- перечень применяемой техники, штатное расписание на площадку компостирования и журнал регистрации параметров компостирования.
Основные характеристики производства: выход подстилочно-пометной смеси в сутки от бройлеров - до 300 т, причем ежегодно образуется более 100 тыс. т; субстрат для компостирования - подстилочный помет -смесь бройлерного помета с подстилкой из опилок и шелухи подсолнечника; влажность исходной подстилочно-пометной смеси: летом 50-55%, зимой 70-75%; увлажнение производится посредствам автоматической шланговой установки (200 м) с радиоэлектронным управлением и насосом; тип компостирования - площадочный (площадь основной площадки 2 га, вспомогательной - 0,5 га, материал покрытия - асфальтобетон); срок компостирования составляет 7 недель; производство круглогодичное, за исключением периода с температурой атмосферного воздуха
ниже - 30°С; используется ворошитель ВАС-КНиЗ 17.50, погрузчик фронтальный Амко-дор 342В, бульдозер ТГ 90; годовой объем производства гранул составляет 25-30 тыс. т в год; температура теплоагента (воздух): 200-300°С; температура гранул на выходе: 60-65°С; диаметр гранул составляет 5 мм.
Рис. 1. Механизированное приготовление компостов на площадке компостирования
Проблемная ситуация, являющаяся обоснованием необходимости проведения научно-исследовательской работы - длительный срок компостирования (7 недель) ведет к снижению пропускной способности площадки компостирования и значительному повышению влажности сырья от 50-60% до 7580%, что в 2,5-3,0 раза увеличивает энергозатраты при грануляции компоста. Причиной возникновения проблемной ситуации является отсутствие научного обоснования основных параметров характеристик технологического процесса компостирования.
Производственная задача проведения научно-исследовательской работы состояла в разработке научно-обоснованных технико-технологических решений производства компоста влажностью не выше исходной влажности сырья за срок не более 4-х недель.
Объектом проведенных исследований являлся технологический процесс производства органических удобрений и средства его обеспечения. Целью работы было снижение влажности компостируемого материала и сокращение срока компостирования путем совершенствования технологии и технических средств ускоренного компостирования. Для
Лоигпа! оГ УШТ^Н №3(27)-2017
165
достижения поставленной цели были проанализированы современные технологии переработки органических отходов: компостирование, термическая сушка, ферментативная сушка и анаэробное сбраживание с получением биогаза. Выяснено, что при термической сушке помета лучшие энергетические и экономические показатели достигаются на сушильных установках, работающих по принципу МБСД-метода низкотемпературной сушки, суть которого заключается в предварительном гранулировании помета влажностью до 65% и дальнейшей микробиологической обработке гранул в специальном реакторе в течение 2-х суток при температуре около 66°С. Установлено, что на данном этапе развития птицеводства наиболее рациональным методом утилизации помета является компостирование (твердофазная микробиологическая ферментация) - экзотермический процесс биологического окисления, в котором органический субстрат подвергается биодеградации смешанной популяцией микроорганизмов в условиях повышенной температуры и влажности. В процессе компостирования принимает участие множество известных видов бактерий (более 2000) и не менее 50 видов грибов. Процесс компостирования условно разделяется на четыре стадии: мезофильная, термофильная, остывание и созревание.
Исследование микробиологических процессов показало, что процесс компостирования, несмотря на использование естественной или принудительной аэрации, является аэробно-анаэробным процессом, так как при влажности компостной смеси около 60%, даже в условиях активной аэрации, образуются анаэробные микрозоны, в которых обитают анаэробные бактерии, продукты жизнедеятельности которых могут служить субстратами для аэробных бактерий и наоборот. Присутствие в компостируемом материале аэробных и анаэробных микроорганизмов обеспечивает стабильность процесса при изменении условий среды. Большинство органических соединений, содержащихся в помете, могут эффективно разлагаться как в присутствии кислорода, так и в его отсутствие.
В России и за рубежом основной объем помета используется в качестве органического удобрения. Однако в последние годы исследования, проведенные во многих странах, показали, что использование ферментированного птичьего помета в качестве белковой добавки в рационах крупного рогатого скота в количестве 17-25%, а в рационах свиней и птицы - 5% от сухого вещества рациона, не оказывает отрицательного действия на рост животных, количество продукции и эффективность использования корма.
Практический интерес представляет использование метода аэробной ферментации помета и подстилки. В основе метода лежит процесс ферментации отходов птицеводства (помет, подстилка, боенские отходы к др.) аэробными термофильными бактериями. Согласно технологии, помет смешивают в определенной пропорции с углеродосодержащим материалом (стебли и стержни початков кукурузы, измельченная солома, древесная кора и т.п.), который служит питательной средой для бактерий, и загружают в ферментационную установку. Процесс ферментации продолжается 5-7 дней при температуре 70-80°С. Необходимая температура поддерживается путем дозированной подачи воздуха.
Переработанный таким образом помет представляет собой однородную массу без запаха, содержание протеина в ней колеблется от 10-12% до 28-32% в зависимости от используемых при ее приготовлении компонентов. Так, кормовая добавка, получаемая при ферментации помета со стержнями кукурузных початков, содержит 15,0% сырого протеина, 1,5% сырого жира, 41,0% БЭВ, 22,0% сырой клетчатки, 2,0% кальция и 1,0% фосфора. В 1 кг этой добавки содержится (по расчетным данным) 2406 ккал обменной энергии. Опыты, проведенные на курах-несушках, откормочных бычках и поросятах, показали, что включение этого продукта в рационы животных в количествах 15 -20% как источника протеина и энергия не оказывает отрицательного действия на их продуктивность и качество продукции. Анализ современных способов и технических средств ускоренного компостирования позволил ус-
тановить, что практический интерес представляет АСП-компостирование (Aerated Static Pile (ASP) composting), сочетающее преимущества площадочного способа компостирования (большие объемы переработки, сравнительно низкие эксплуатационные затраты) и камерного способа (независимость от атмосферных осадков, высокое качество компоста, значительное снижение выбросов загрязняющих атмосферу компонентов (микроорганизмы, меркаптаны, амины, аммиак, сероводород, карбоновые кислоты, карбонильные соединения, пыль пуховая, сульфиды, фенолы)). В основе АСП-компостирова-ния лежит применение для покрытия буртов специального материала - мембраны, которая незначительно снижает воздухообмен, в то же время препятствуя проникновению в компостируемый материал атмосферных осадков. Для укрытия буртов мембранным материалом применяют навесные устройства на мобильные ворошители, стационарные барабаны с системой тросов и лебедок, а также самоходные укрывные машины (Cover Pla-cement Machine). Для очистки аэрацион-но-дренажных каналов применяют механизированные цилиндрические щетки.
В настоящее время в России из существующих внутрикамерных технологий компостирования (Invessel composting systems) наибольшее распространение получили технологии производства компостов в установках туннельного типа. В сравнении с производством в контейнерах (Mobile Container Technology) и горизонтальных барабанах (Rotating drums Compost Technology) основным преимуществом технологии является простота конструкции туннелей и возможность использования широко распространенных в сельском хозяйстве машин. Существующая методика и результаты экспериментальных исследований в производственных условиях установки для компостирования туннельного типа могут быть приняты за базовые при планировании экспериментов для проектируемой технологии [1]. Анализ нормативных правовых актов в сфере безопасного обращения удобрений, проведенный по материалам судебной практики, позволил установить
основные санитарно-эпи-демиологические, ветеринарные и природоохранные требования к транспортированию, погрузочно-раз-грузочным работам, переработке, хранению и использованию помета птичьего с подстилкой и компоста.
Исследование производственного процесса на площадке компостирования ООО «ЛИ-СКо Бройлер» показало, что компостирование в буртах на открытых площадках приводит к повышению влажности сырья от 5060% до 75-80%, что значительно увеличивает энергозатраты при грануляции компоста, а также затраты на транспортировку компоста к месту использования.
Вместе с тем, длительный срок компостирования (7 недель), необоснованно малая высота буртов (до 1,5 м) и частые ворошения (до трех раз в неделю) в совокупности факторов приводят к низкой эффективности компостирования и, как следствие, к снижению пропускной способности площадки компостирования и качества компоста. По этой причине значительная часть подстилочного помета (до 50 тыс. т ежегодно) не перерабатывается в компост и при нарушении правил хранения и использования может служить источником загрязнения химическими и бактериологическими веществами. Установлено, что причинами переувлажнения компоста являются атмосферные осадки и отсутствие технической системы их отвода с площадки компостирования.
Установлены физические и технологические причины значительного переувлажнения компоста с 50-60% до 75-80% и, как следствие, увеличения энергозатрат на его грануляцию. Исследована совокупность организационно-технологических факторов, приводящих к снижению пропускной способности (производительности) площадки компостирования.
Предложен новый метод усовершенствования технологического процесса - внедрение АСП-компостирования, сочетающего преимущества как площадочного, так и камерного способов компостирования и обеспечивающего независимость от атмосферных осадков, высокие объемы переработки,
Journal of VNIIMZH №3(27)-2017
167
улучшение качества компоста и значительное снижение выбросов загрязняющих атмосферу компонентов: микроорганизмы, меркаптаны, амины, аммиак, сероводород, пыль пуховая и др. Разработана техническая характеристика применяемых материалов и технических средств для реализации предлагаемой технологии - мембранного покрытия и самоходной укрывной машины на базе машины для приготовления компостов [2].
Предложена техническая система водоот-ведения с площадки компостирования, состоящая из водоотводных каналов от каждого бурта, лотков и колодцев по продольным сторонам площадки, насосной станции и хранилища сточных вод (лагуны).
Обоснована возможность использования сточных вод из лагуны и жировой эмульсии, собранной с решеток птицеперерабатывающего комплекса для увлажнения помета птичьего с подстилкой при компостировании.
Внедрение разработанных технологических и технических решений позволит получить компост влажностью, равной исходной влажности сырья 60±2% за 21-28 суток. При этом пропускная способность площадки компостирования увеличится до 126 тыс. т в год, что на сегодняшний день превышает на 15% массу поступающего сырья - помета
птичьего с подстилкой. Предложенная технология обеспечивает соблюдение требований природоохранного законодательства, а также действующих санитарно-эпидемиологических и ветеринарных нормативных правовых актов.
Разработаны цель и задачи дальнейших экспериментальных исследований в производственных условиях ООО «ЛИСКо Бройлер». Предложены примерные методики экспериментальных исследований компостирования и полевых испытаний качества компоста и гранулированного удобрения. Эффективность предлагаемой технологии обусловлена снижением энергозатрат на гранулирование, затрат на ремонт оборудования, транспортных расходов, а также повышением удобрительной ценности компоста.
Литература:
1. Миронов В.В. Влияние режимов подготовки на агрохимический состав компоста // Вестник Воронежского ГУ. 2005. №2. С. 146-148.
2. Пат. 2352093 РФ. Машина для приготовления ком-постов. Заяв. 06.07.07; Опубл. 20.04.09, Бюл. №11.
Literatura:
1. Mironov V.V. Vliyanie rezhimov podgotovki na agro-himicheskij sostav komposta // Vestnik Voronezhskogo GU. 2005. №2. S. 146-148.
2. Pat. 2352093 RF. Mashina dlya prigotovleniya kom-postov. Zayav. 06.07.07; Opubl. 20.04.09, Byul. №11.
IMPROVING OF ORGANIC WASTE COMPOSTING TECHNOLOGY V.V. Mironov, doctor of technical sciences
All-Russian scientific-and-research institute of livestock mechanization
V. I. Styazkin, candidate of technical sciences
RSAU-MSHA named after K.A. Timiryazev
A. A. Sedyh, post-graduate student
Michurinsk state agrarian university
Abstract. The annual dung output in Russia is more than 20 million tons, and is expected it increasing by 2020 due to reconstruction of existing and construction of new poultry farms and complexes. However, dung processing requires the significant energy consumption, and the resulting organic fertilizer must be completely decontaminated from pathogenic microflora and helminthes' larvae and compared to the initial row, is characterized by low humidity and plants nutrients' increased concentrations. Research was conducted in a big poultry company of "LISKo Broiler" (GK "Cherkizovo") industry condition with fed of 8,5 million broilers at simultaneous keeping. A new method of the technological process improvement - the ASP-composting implementation, combining the benefits of both the platform and the chamber methods of composting, and providing independence from atmospheric precipitation, high processing volumes, compost quality improving and emissions of polluting components' significant reduction: microorganisms, mercaptans, amines, ammonia, hydrogen sulfide, fluff dust, etc. The developed technological and technical solutions' implementation will allow to obtain compost with humidity equal to humidity of original raw 60±2% for 21-28 days. At this the composting place bandwidth will increase up to 126 thousand tons an year, that to date is more than in 15% of the mass of incoming raw material - poultry dung with litter. The proposed technology provides compliance with the nature protection legislation, as well as existing sanitary-epidemiologic and veterinary normative legal act regulations.
Keywords: dung, litter, microorganisms, heaps' turner, compost, fertilizer, biotechnology, humidity content.
