CC BY
262
УДК 631.86
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ
Н.Г. Ковалев
Дана оценка роли навоза в повышении плодородия почв и обоснована необходимость эффективного использования отходов животноводства для производства органических удобрений. Представлены структурные схемы переработки навоза в удобрения, биотопливо и другие биопрепараты. Согласно направлениям в стратегии развития животноводства рассмотрены пять технологий производства органических удобрений и ряд инновационных биотехнологий, апробированных в производственных условиях, приведены их оценочные показатели. Обозначен ряд проблем экономического порядка, сдерживающих производство высокоэффективных компостов и использование животноводческих стоков на орошение с.-х. культур, перечислены меры по их устранению. Ключевые слова: плодородие почв, гумус, коэффициент гумификации органических удобрений, технологии переработки органических отходов животноводства.
Приоритетное развитие животноводства является одним из основных направлений реализации Государственной программы «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции сырья и продовольствия на 2013-2020 годы», что предопределяет решение таких важных проблем, как:
- создание прочной кормовой базы для животноводства;
- переработки органических отходов животноводства, как основы для повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур с одновременным обеспечением охраны окружающей среды.
Создание устойчивой кормовой базы для животноводства напрямую связано с решением такой важной проблемы как повышение плодородия почвы сельскохозяйственных угодий. Под плодородием почвы понимается способность почвы удовлетворять растений в элементах минерального питания, воде, обеспечивать их корневые системы воздухом и теплом для нормальной жизнедеятельности. Чрезвычайно важная роль в плодородии почв принадлежит органическому веществу и его главной составляющей части - гумусу. Гумус является одним из главных показателей уровня плодородия почв. Он один из важнейших источников питательных веществ для растений и в первую очередь азота, фосфора и калия. Накопление гумуса в почве - процесс длительный. Из всех поступающих в почву органических субстратов лишь третья часть может превратиться в гумусовые вещества.
В процессе сельскохозяйственного производства с использованием земель часть гумуса в почве постепенно минерализуется с выделением азота, который переходит в усвояемую для растений форму. При этом потери гумуса могут составлять 0,6-0,7 т/га в год и более. В связи с этим проблема создания положительного баланса гумуса в почве - одна из наиболее актуальных в земледелии страны. Только при оптимальном количестве гумуса в почве возможна реализация интенсификации земледелия с целью получения высокого эффекта от внедрения новых высокопродуктивных сельскохозяйственных культур. При воспроизводстве гумуса роль органических удобрений, и в первую очередь на -воза и помёта, т.е. продукции животноводства, просто незаменима. При этом следует иметь ввиду, что коэффициент гумификации органического вещества навоза составляет 20-30%, т.е. 50-70 кг в расчёте на 1 т стандартного навоза (75% влажности).
Органические удобрения, являясь одним из основных поставщиков органического вещества в почву, содержат в себе значительное количество биогенных элементов, и в первую очередь азота, фосфора, калия, кальция, магния, ряд микроэлементов. Поэтому применение всех видов органических удобрений -важный путь улучшения баланса питательных веществ в почве. С внесением навоза усиливается микробиологическая деятельность, т.к. в почву поступает органическое вещество, необходимое для её активизации и микроорганизмы. Органические удобрения улучшают физические свойства почвы: возрастает поглотительная способность почвы, буферность и другие показатели, характеризующие её плодородие. Поэтому систематическое применение органических удобрений - одно из важнейших условий окультуривания почв, особенно дерново-подзолистых.
В настоящее время ежегодный выход навоза и помёта в России (по данным ГНУ ВНИИОУ) составляет во всех категориях хозяйств 294 млн т в физической массе, или 211 млн т в пересчёте на подстилочный навоз. Более половины из них приходится на сельскохозяйственные предприятия. Обеспеченность 1 га посевов навозом составляет 1,5 т/га в сельскохозяйственных организациях, 22,4 т/га в личных подсобных хозяйствах.
Однако объём использования органических удобрений остаётся крайне низким и недостаточным даже для простого воспроизводства плодородия почв. Дисбаланс между выходом и внесением навоза и помёта в сельскохозяйственном производстве составляет 40 млн т.
Ежегодное внесение органических удобрений (навоза) стабилизировалось за последние 5 лет на уровне 53 млн т в год, или менее 1,0 т/га посевной площади, что составляет всего 10% потребности. Неэффективное использование органических удобрений приводит к потере питательных веществ, сопоставимых с применением минеральных удобрений, является причиной опасного загрязнения грунтовых и поверхностных вод, воздушного бассейна, окружающих ландшафтов.
В то же время, приведённые цифры свидетельствуют о том, что если сельскохозяйственные организации смогут использовать в качестве органических удобрений весь годовой объём получения навоза то обеспеченность его пашни составит 1,8 т/га. Это предопределяет необходимость задействовать в качестве органических удобрений наряду с навозом и помётом другие источники органического сырья: торф, сапропель, солому, опилки, кору древесных пород, другие компоненты органического происхождения, которые могут использовать как в качестве влагопоглощающих компонентов при производстве ком-постов (торфо-навозных, коро-навозных и др.), так и в качестве самостоятельных органических удобрений.
Применение принципа методологического системного подхода к животноводческим (птицеводческим) предприятиям позволяет представить последние в виде замкнутой системы «Внешняя среда - животноводческое (птицеводческое) предприятие - почва - корма - внешняя среда» (рис.1).
Рис. 1
В указанной системе каждая ниже стоящая подсистема находится в зависимости от «природно-климатических и экономических условий» и «переработки навоза» и влияет на «животноводческое предприятие» через «корма».
Здесь наряду с прямыми связями, существуют и обратные связи. На все подсистемы воздействуют «внешняя среда», и «природно-климатические условия» зоны размещения животноводческих предприятий.
Представленная система относится к сложным биотехническим системам из-за наличия в нем живого объекта (сельскохозяйственные животные, птицы) и технические средства. В то же время она является системой открытого типа ввиду сильного воздействия внешней среды, и сама воздействует на внешнюю среду.
В зонах расположения крупных животноводческих комплексов основной риск загрязнения природной среды обусловлен несовершенством применяемых в настоящее время технологий использования бесподстилочного навоза (помета), относящегося к 3-му классу опасности.
Как свидетельствует практика эксплуатации крупных животноводческих комплексов, птицефабрик, игнорирование экологического подхода к утилизации навоза (помета) обусловило резкое снижение качества продукции растениеводства, опасное загрязнение грунтовых, поверхностных вод, воздушного бассейна, рост заболевания сельскохозяйственных животных и населения. Таким образом, проблема переработки органических отходов животноводства является не только экономической, но и социально -экологической.
Реализация планов ускоренного развития животноводства во многом будет определена возможностью гармонизации целей производства продукции животноводства и охраны окружающей среды, что предопределяет необходимость создания (совершенствования) технологических средств по системе удаления, транспортировки и использования органических отходов животноводства, так и инновационных биотехнологий производства органических удобрений, биогаза и получения других продуктов из органического сырья.
Органические отходы животноводства являются не только одним из основных источников пополнения органического вещества в почве, вовлечения в хозяйственно-биологический круговорот элементов минерального питания, отчужденных с урожаем, но и сырьем для получения целого ряда биопрепаратов (белково-витаминные добавки в рационе сельскохозяйственных животных, биостимуляторы роста и развития растений и др.), а также для производства биотоплива.
Вследствие этого основными направлениями переработки органических отходов животноводства являются получение:
- удобрений для сельскохозяйственных угодий с максимальным содержанием питательных веществ (различные компосты, получаемые на основе натив-ного навоза (помёта);
- навозных стоков для орошения сельскохозяйственных угодий на ограни -ченных (прифермерских) площадях или для удовлетворения технологических потребностей предприятия;
- продуктов инновационных технологий переработки навоза и помёта (органо-минеральные, микробиологические удобрения, жидкофазные биологически активные средства, биогаза и других биопрепаратов (рисунки 2,3,4).
Из приведенных рисунков следует, что в настоящее время имеется множество способов переработки навоза и помета в удобрения, биотопливо и другие биопрепараты.
Они отличаются различными методами и сложностью техно-логического процесса, качеством получаемого продукта и его себестоимостью, не всегда отвечают возросшим санитарно-гигиеническим требованиям.
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
Существующие способы переработки навоза и помета различаются между собой с точки зрения размера капитальных вложений, сложности инженерного решения, надежности эксплуатации, величины эксплуатационных расходов, степени охраны окружающей среды от загрязнения. В то же время, способы переработки органических отходов животноводства и растениеводства в основном базируются на двух биотехнических принципах - аэробная твердофазная ферментация (компостирование); анаэробное (метановое) сбраживание.
В структуре технологических антропогенных влияний животноводческих и птицеводческих предприятий на окружающую среду навоз и помет прочно занимают первое место. Основным фактором, усложняющим использование навоза (помета) как экологически безопасного удобрения, является его высокая исходная влажность, так как в используемых отечественных и зарубежных технологиях не исключено разбавление экскрементов водой. Повышенная влажность навоза предопределяет увеличение его объема и снижение питательной ценности. Это в свою очередь, влечет за собой существенный рост капиталовложений в хранилища и осуществление транспортных процессов. Кроме того, такой навоз представляет значительную экологическую опасность для открытых водоемов, а также для грунтовых и даже подземных вод.
С учетом развития животноводства Стратегией машинно -технологического обеспечения производства продукции животноводства на период до 2020 года предусматривается следующие направления механизации и автоматизации выполнения процессов и технологий производства органических удобрений:
- компостирование твердой фракции бесподстилочного навоза, а при на -личии достаточного количества влагопоглощающих материалов (солома, опилки, торф и др.) и всей массы производимого на предприятиях полужидкого навоза на площадках с твердым покрытием;
- механическое разделение на фракции бесподстилочного навоза с выдержкой и обеззараживанием жидкой фракции и использованием ее в качестве жидкого органического удобрения;
- производство органо-минеральных удобрений (гранулированные орга-но-минеральные удобрения и др.).
- биоферментация (экспресс-компостирование) полужидкого (80-85% влажности) и твердой фракции жидкого навоза в специальных сооружениях и устройствах (биоферментаторах) по новейшим методикам;
- метангенерация для получения биогаза и жидкого органического удобрения с использованием современного оборудования.
В настоящее время научными учреждениями Россельхозакадемии (ГНУ ВНИИМЖ, ГНУ ВНИИОУ, ГНУ ВНИИМЗ), НИУ Минсельхоза России и др. разработан и апробирован в производственных условиях ряд инновационных биотехнологий переработки отходов животноводства и другого органического сырья, получаемого на предприятиях АПК, в удобрения, биотопливо и различные биологически активные вещества.
В большинстве проектов на строительство и реконструкцию животноводческих помещений для крупного рогатого скота предусматривается механическое удаление навоза. В этих условиях утилизация полужидкого навоза влажностью до 85 % должна быть ориентирована на производство высококачественных компостов.
В результате биотермических процессов, протекающих в органической смеси, компосты приобретают ряд новых качеств: в них происходит перегруппировка питательных веществ, они из труднодоступной для растений формы переходят в легкоусвояемые; полученные удобрения становятся более концентрированными, биологически активными, освобождаются от жизнеспособных семян сорных растений и патогенных микроорганизмов. Перспективной является разработка ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии - интенсивная инновационная технология и комплекс машин для получения компостной смеси в процессе уборки навоза из животноводческих помещений (рис. 5). Особенностью этой технологии является обеспечение круглогодичного производства компостной смеси с дозированной подачей компонентов и регулируемым качеством смешивания. При этом не менее чем в 2 раза сокращается количество выполняемых операций и необходимая вместимость навозохранилищ.
Рис. 5. Схема производства компостов с приготовлением смеси в процессе навозоудаления: I - площадка хранения водопоглощающих материалов; II - дозаторная; III - здание животноводческое; IV - площадка компостирования; 1 - погрузчик; 2 - дозатор; 3 - транспортер навозоуборочный; 4 - буртоукладчик Производительность технологического комплекса до 10 т/га, влажность компостной смеси 65-75%, установочная мощность 33 кВт.
ГНУ ВНИИОУ Россельхозакадемии разработана модернизированная технология производства органо-бактериальных удобрений на открытых бетонированных площадках для компостирования (рис. 6).
Рис. 6. 1 - опрыскиватель ОП-2000-2-01; 2 - погрузчик; 3 - буртоукладчик Технико-экономические показатели производства органобактериальных удобрений
Технологический процесс производства включает следующие операции:
- доставку полужидкого навоза (помета) на площадку для компостирования мобильными или трубопроводными средствами;
- смешивание исходных компонентов (навоз, помет, торф, солома, опилки) смесителем СН-2, представляющим собой навешенный на бульдозер Д-606 шнековый рабочий орган;
- внесение микробиологических препаратов - азотфиксаторов (флавобак-терин, экстрасол), целлюлозоразрушающих и др.;
- формирование бурта буртоукладчиком. В процессе формирования происходит дополнительное перемешивание компонентов, насыщение смеси кислородом воздуха, создавая условия для процесса компостирования.
По сравнению с существующими способами производства органических удобрений на открытых площадках в новых технологических решениях качество органических удобрений улучшается в 1,5-2,0 раза и на 17-23 % снижаются затраты на 1 тонну удобрения.
К основным недостаткам процесса производства компостов на открытых площадках по вышеуказанным технологиям следует отнести:
- неоднородность температуры по сечению бурта при биотермическом созревании (пассивная аэрация), что зачастую снижает качество и экологическую чистоту конечного продукта (рис. 7);
- затруднение регулирования технологического процесса в целях получения конечного продукта с заданными агрохимическими показателями;
- высокие удельные (на 1 т компоста) единовременные капиталовложения;
- длительный период компостирования (2 месяца и более);
- подверженность влияния осадкам и др.
Схема распределения температур по сечению бурта
в процессе созревания ком постов: 1 - нижняя зона, 2 - средняя зона, 3 - верхний слой
На крупных животноводческих (КРС, свиноводство) фермах и комплексах, где используется гидравлический смыв навоза, образуется жидкий (92% и более влажности) навоз. Подготовка указанного навоза к использованию осуществляется преимущественно путем механического разделения навоза на фра -кции (твердую, жидкую).
5-5,5 м
Рис. 7
к
При механическом разделении жидкого навоза на фракции, твердая фракция и осадок жидкой фракции компостируется с влагопоглощающими компонентами растительного происхождения (солома, торф и др.) и используется в качестве органического удобрения, а жидкая фракция определенное время выдерживается в навозохранилище и в дальнейшем используется на орошение. Основные преимущества этого способа переработки жидкого навоза:
- получаемая после сепарации жидкая фракция при хранении не расслаивается, что позволяет осуществлять ее выгрузку насосами;
- объем жидкой фракции на 15-30% меньше первоначального объема исходной навозной массы, в связи с чем сокращается объем капитальных затрат на строительство навозохранилища;
- после компостирования твердая фракция является ценным экологически безопасным удобрением.
Для реализации технологии механического разделения на фракции жидкого навоза ГНУ ВНИИМЖ разработан комплект оборудования, включающий в себя высокоэффективные технические средства, в т.ч. насосы для подачи исходного навоза и жидкой фракции на орошение, центрифуги для разделения исходного навоза на фракции и др. (таблица 1, рис. 8).
Таблица 1. Комплект оборудования для механического разделения на фракции жидкого навоза (ВНИИМЖ)
Производственный процесс
Машина и оборудование
Число в комплекте
Подача исходного навоза
Насос НЦВ-2М
Разделение исходного навоза на фракции
Центрифуга ЦН-Ф-50 (УОН-Ф-835)
Транспортировка твердой фракции из цеха разделения на площадку для временного хранения
Накопление навоза
Транспортер
Промежуточная емкость
Подача жидкой фракции на орошение
Насос НЦИ-Ф-100/30
Орошение животноводческими стоками сельскохозяйственных культур (кормовые трав, зернофуражные культуры) осуществляется на специальных оросительных системах (ОССВ), предназначенных для их естественной доочи-стки, повышения продуктивности земельных участков, охраны и рационального использования водных ресурсов. Минимальная потребная площадь оросительной системы рассчитывается по содержанию в поливной воде азота, годовая норма внесения которого в почву не должна превышать 250-300 кг/га.
При использовании животноводческих стоков в удобрительных и увлажнительных целях следует применять дождевание, поверхностный полив (по бороздам, полосам, затопление канав), полив при вспашке.
Рис. 8. Схема технологического процесса и комплект оборудования для механического разделения жидкого навоза на фракции
Основным способом орошения очищенными животноводческими стоками в удобрительных или увлажнительных целях является орошение с использованием специальной или обычной дождевальной техники (ДДН-70, ДДН-100с, ДФС-120 и др.). Схема оросительной системы с использованием сточных вод и животноводческих стоков путем дождевания показана на рисунке 9.
Подготовка сточных вод и животноводческих стоков для орошения путем дождевания должна обеспечить влажность последних не менее 98%, размер твердых фракций не должен быть более 10 мм. При поливе машинами с гидра -влическим приводом влажность стоков должна быть не менее 99%, а размер твердой фракции - 2,5 мм. Поверхностное орошение сточными водами и животноводческими стоками применяется при орошении большими поливными (более 800-1000 м /га) и оросительными нормами при большом водопотребле-нии сельскохозяйственных культур.
Полив при вспашке применяется для внесения животноводческих стоков с высокой концентрацией биогенных элементов при отсутствии или дефиците воды на разбавление стоков, а также на участках со сложной конфигурацией.
Суть данной технологии состоит в том, что при пересечении выводной борозды плугом поливная жидкость направляется в плужную борозду. При последующем проходе плуга она запахивается и процесс повторяется.
Рис. 9. Схема оросительной системы с использованием животноводческих стоков
Специализированная мелиоративная система для полива при вспашке состоит из накопителя, насосной станции, транспортирующей и распределительной сети с арматурой, поливного участка и выводных борозд (рис. 10).
Рис. 10
В настоящее время имеется ряд технологий, предусматривающих использование полужидкого навоза в качестве основы для получения органо-мине-ральных удобрений с заданными агрохимическими характеристиками.
В удобрениях такого типа достигается равномерное распределение основ -ных питательных веществ и микроэлементов, что повышает их агрохимичес -кую эффективность.
В рамках указанного направления разработана ГНУ ВНИИМЖ новая экологически безопасная технология ротационного окатывания с компостированием окатышей в буртах, обеспечивающая получение органо-минеральных удобрений в виде окатышей, способствующих повышению урожайности сельскохозяйственных культур за счет комплексного использования питательных веществ. При этом достигается снижение годовых эксплуатационных затрат в 1,5-2,0 раза, единовременных капиталовложений в 2,0-2,5 раза за счет возможности использования грунтовых площадок по сравнению с технологиями компостирования на отрытых бетонных площадках.
Башкирским научно-инженерным центром по технологии переработки органики (БИЦОР) предлагается новый вид высокоэффективных органо -минеральных удобрений, в основу производства которых положен метод электросушки полужидкого (85%-й влажности) навоза.
По данным разработчиков из 4 тонн полужидкого навоза получается 1 т органо-минеральных удобрений (ОМУ) 30%-ной влажности. Не сомневаясь в эффективности указанного удобрения, следует обратить внимание на его стоимость. По данным разработчиков для получения 1 т ОМУ необходимо затратить 100 кВт/ч электроэнергии. Расчеты авторов показывают, что при стоимости 1 кВт/ч электроэнергии в 2 рубля, реализационная цена 1 т ОМУ составит порядка 10 тыс. руб. В настоящее время стоимость 1 кВт/ч электроэнергии составляет 4,5-5,0 руб. Таким образом, 1 т ОМУ составит 12-13 тыс. руб. При этом стоимость установки мощностью в 4200 т/год оценивается авторами в раз -мере 40 млн руб. Высокие единовременные капвложения и высокая стоимость 1 т ОМУ ставит под сомнение возможность широкого использования указанного удобрения в сельскохозяйственных предприятиях даже при внесении послед -него в дозе 2-3 т/га.
В последние годы, как за рубежом, так и в России, появились различные Концепции создания технологий компостирования навоза (помета), когда процесс созревания компостной массы значительно сокращается, качество конечного продукта повышается, а санитарно-гигиенические показатели готового компоста остаются высокими.
Развивая это направление переработки полужидкого навоза (помета) в удобрения, ГНУ ВНИИМЗ Россельхозакадемии разработана биотехнология получения нового высокоэффективного, биологически активного и экологически безопасного органического удобрения - компоста многоцелевого назначения (КМН) на основе аэробной ферментации навоза и помета с углеродсодержащи-
ми компонентами растительного происхождения (торф, опилки, измельченная солома и др.). Сущность технологий заключается в создании наиболее благоприятных условий для аэробного микробоценоза, содержащегося в навозе и помете, который в результате своей жизнедеятельности перерабатывает органическое сырье в удобрение.
Наиболее благоприятные условия для развития микробоценоза навоза и помета складываются в закрытых камерах - биоферментаторах, оснащенных принудительной подачей кислорода воздуха в ферментируемую смесь (рис. 11).
Принципиальная технологическая схема аэробной ферментации органического сырья
Успсены« обозначения:
1. Поиеценне для [&ернеятщни сырья Система напорных гоэддоводов
2. Рабочая гаесь 7. Отверстия для шиера температуры
3. Ворота В. Штшгв кислвродошра
4. Вентилятор «шрашй Гнйкнй цлпнг
5. Вптиллтср ьытпжнан Й. Кцспсроцощер
Рис. 11. Биоферментатор с принудительной подачей кислорода воздуха в ферментируемую смесь
Типовой технологический комплекс машин и оборудования для производства удобрений в биоферментаторе показан на рисунке 12, а оптимальные параметры технологического процесса - в таблице 2.
Таблица 2. Оптимальные параметры технологического процесса
Влажность смеси, % объемы. 50-70
рНсол. 6-7,2
Соотношение азота к углероду 1/20-1/30
Содержание кислорода в массе, % объем. 5-12
Рис. 12
В таблице 3 показана техническая характеристика однокамерного биоферментатора цикличного действия конструкции ГНУ ВНИИМЗ. На практике могут быть использованы батареи из 2-х и более биоферментаторов.
В соответствии с техническими условиями в готовом продукте аэробной ферментации (КМН) должно содержаться в % на абс. сухое вещество не менее: азота общего - 1,7; фосфора (Р 05) - 1,5; калия (К20) - 1,8 (таблица 4).
Таблица 3. Техническая характеристика однокамерного биоферментатора
Показатели Единица Значение показателей
измерения
Размеры биоферментатора:
длина м 10,80
ширина м 8,53
высота м 3,66
Общая полезная площадь м2 83,30
Проектная мощность Т/год 2500-3000
Продолжительность одного цикла
ферментации (от загрузки до вы- сут. 6-7
грузки)
Выход продукции за 1 цикл т 80-100
Затраты на производство 1 т удоб-
рений:
- техники маш./час 0,3-0,4
- труда чел ./час 0,5-0,7
- электроэнергии кВт/час 0,15-0,20
Энергозатраты на производство
1 т удобрений всего, МДж 550-560
в том числе технологические МДж 260-265
Себестоимость удобрений Руб./т _270-280
Ориентировочная сметная стои-
мость строительства установки (в млн. руб. 3,5
ценах 2012 г.)
Таблица 4
Наименование показателей
Внешний вид, цвет и запах
Норма и характеристики
Однородная сыпучая масса, темнокоричнево-го цвета, без специфического запаха
Наличие частиц размером свыше 50 мм Массовая доля влаги, %
не допускается 55-70
Кислотность, рН
Массовая доля золы, % на абс. сухое в-во, не более
6,3-7,2 30
Массовая доля общего азота, % на абс. сухое в-во, не менее
Массовая доля фосфора (Р2О5), % на абс. сухое в-во, не менее
1,7 1,5
Массовая доля калия (К2О), % на абс. сухое
в-во, не менее
1,8
Компост многоцелевого назначения (КМН) является высокоэффективным органическим удобрением. По своей агрономической эффективности (прибавка урожая на единицу удобрения) 1 тонна КМН равнозначна (в зависимости от состава и соотношения исходных компонентов) 2-4 тоннам традиционных органических удобрений (навоз, торфонавозный компост) (таблица 5).
Таблица 5. Сравнительная эффективность КМН и традиционных органических удобрений (ц/га к. ед.)
Варианты Контроль Навоз - 28 т/га ТНК - 33 т/га КМН - 14 т/га
Ячмень 45,9 58,6 59,7 66,3
Картофель 46,2 52,5 54,0 68,7
Ячмень 34,8 45,4 46,1 55,2
Викоовсяная смесь 28,4 36,0 39,6 44,1
Озимая рожь 27,7 30,9 30,7 36,6
Многолетние травы 9,9 11,0 12,7 18,5
Многолетние травы 15,6 22,6 23,2 27,5
X за ротацию 208,5 257,0 266,0 316,9
Среднее 29,8 36,7 38,0 45,3
± к контролю - 6,9 8,2 15,5
КОМПОНЕНТЫ: биологически активные - навоз и помет всех видов животных и птиц; углеродсодержащие влагопоглотители - торф, солома, опилки и т.п. ИСХОДНАЯ ВЛАЖНОСТЬ, %: основных компонентов до 90; торф - до 60; опилки, солома и др. - 20-30.
Работа «Научные основы и новые технологии биоконверсии органического сырья на предприятиях агропромышленного комплекса» удостоена Государственной премии Российской Федерации в области науки и техники. Разработка внедрена в ряде хозяйств 23-х субъектов Российской Федерации, Республике Беларусь и Украине. Технология ускоренного производства удобрений в биоферментаторах признана приоритетной в Ленинградской области в рамках реализации международного экологического проекта «Улучшение защиты Балтийского моря от основных угроз со стороны наземных источников загрязнения (Balthazar)». В октябре 2011 г. состоялась презентация «Учебно -производственного комплекса по переработке куриного помета в компост многоцелевого назначения (КМН)» в ЗАО «Агрокомплекс «Оредеж» Гатчинского района Ленинградской области, введенного в эксплуатацию ООО «Биозем» (г. Санкт-Петербург) по лицензии ГНУ ВНИИМЗ, как пилотного проекта по указанной международной программе. В 2012 г. указанная технология была удостоена золотой медали XXI Международной агропромышленной выставки -ярмарки «Агрорусь-2012» (г. Санкт-Петербург).
В целом, рассматриваемая технология может быть отнесена к числу инновационных биотехнологий производства органических удобрений на основе полужидкого (89 % влажности) или твердой фракции жидкого навоза (помета).
Одним из способов подготовки жидкого навоза (помета) является его ме-тангенерация с получением в качестве конечных продуктов экологически безо -пасного органического удобрения и горючего газа (биогаза).
В основу указанной технологии положен метод анаэробного (метанового) сбраживания жидкой навозной или пометной массы влажностью 92-95 % в специальных камерах - ферментаторах (рисунок 13).
Рис. 13
Техническая характеристика биоэнергетической установки для животноводческих ферм с выходом навоза до 340 м3/сутки
Не останавливаясь на деталях технологического процесса, следует отметить, что вопросами метангенерации начали заниматься в Советском Союзе в 80-е годы прошлого столетия. В 1987 г. на Пярненской свиноферме в Эстонии была введена в действие биогазовая установка для анаэробной обработки навоза от 34 тыс. голов свиней в год.
Внедрение биогазовой установки на Пярненском свинокомплексе позволило:
- снизить капитальные затраты на 1 млн руб. (в ценах 1987 г.) за счет исключения из состава сооружений запланированного к строительству навозного коллектора до очистных сооружений г. Пярну;
- получать дополнительно 600 т условного топлива в год для котельной свинофермы за счет биогаза;
- производить и использовать высококачественные удобрения;
- значительно улучшить экологическую обстановку в зоне размещения свиноферм.
В настоящее время в России различными конструкторскими организациями разработано и апробировано на практике несколько вариантов комплектов оборудования и технических решений биоэнергетических установок с мощно-
3 3
стью по биогазу в сутки от 1,5-2,0 м до 6000 м .
Тарханов О.В. (директор Башкирского научно-инженерного центра по технологиям переработки органики) в статье «Биогаз - благо или экологическая ловушка?» на основании анализа работы биогазовой установки на свинокомп -лексе «Максимовский» (Башкортостан) подверг резкой критике строительство биогазовых установок с использованием в качестве основного сырья навоза. Основные аргументы Тарханова О.В. - Зимой для нагрева навозной жижи до необходимой температуры требуется больше газа, чем его производится на ус -тановке. Приводятся следующие расчеты.
Для создания оптимальных условий получения биогаза из навоза необходимо доводить влажность среды метанового брожения до 92-95%, а температура среды - до 55°С. Но естественная влажность навоза составляет 82%. Поэтому к 1 т навоза необходимо добавить от 3 до 6 т пресной воды. Поскольку добавленная вода имеет температуру (среднегодовую) около 10°С, то при указанных влажностях температура смеси составит от 16 до 13°С. При доведении температуры этой смеси объемом в 4 и 7 тонн (в основном воды) до 55°С потребуется от 40 до 70 м газа природного. Но природный газ обладает вдвое большей теплотворной способностью, чем биогаз, который содержит до 50% углекислого газа. Следовательно, для нагрева указанной смеси потребуется от 80 до 140 м биогаза. В то же время из указанной смеси можно получить около 180 м биогаза. При этом получится от 4 до 7 т водных растворов, содержащих 5-10 кг минеральных веществ на 1 т, вследствие чего автор не считает такие растворы высокоэффективным удобрением.
Прав или не прав О.В. Тарханов, по-видимому, можно судить только после того, как начнет нормально функционировать биогазовая установка в с. Лу -жки Прохоровского р-на Белгородской области (в реализации проекта использовано оборудование немецких производителей, поставляемого компанией Big Dutchman Agro.
Технико-экономические показатели: выработка электроэнергии - 19,6 млн кВт/час в год; выработка тепловой энергии - 18,2 тыс. Гксл в год; производство 66,8 тыс. т удобрений в год.
Переработка сырья в год: 14,6 тыс. т отходов боен и 26,0 тыс. т свиноводческих стоков; 1,8 тыс. т канализационных отходов в виде шламов; 20,0 тыс. т силоса; 5 тыс. т воды. Всего 73400 т сырья в год.
В целом, не вдаваясь в дискуссию о необходимости метангенерации органического сырья животноводческих (птицеводческих) предприятий в качестве
энергоисточников, учитывая высокие единовременные капитальные вложения в биогазовые установки, их взрывоопасность, наличие высококвалифицированного персонала, однозначно может заявить, что проблему повышения плодородия почв сельскохозяйственных угодий только за счет жидких удобрений, полученных в процессе метангенерации, решить не представляется возможным. Исходя из этого производство органических удобрений на основе полужидкого и жидкого навоза и помета в перспективе до 2020 г. будет реализоваться на основе компостирования полужидкого навоза и твердой фракции жидкого навоза путем его компостирования на основе современных технологий (включая экспресс-компостирование) с использованием жидкой фракции на орошение с. -х. культур.
Из приведенного выше обзора следует, что в настоящее время имеется ряд инновационных технологических решений как в части компостирования навоза (помета) на открытых площадках с твердым покрытием, так и в камерах-биоферментаторах. В то же время, имеется ряд проблем экономического порядка, сдерживающих производство высокоэффективных компостов и использование животноводческих стоков на орошение с.-х. культур.
Суть проблемы в основном заключена в том, что 1 т компоста стоит порядка 350-450 руб. К сожалению, многие сельскохозяйственные предприятия не имеют необходимых средств на их производство или приобретение. В качестве примера можно привести птицефабрику «Башкирская», расположенную в пригороде г. Уфа, которая наладила широкомасштабное производство компостов. В то же время отсутствие покупателей со стороны сельхозтоваропроизводителей вынуждает птицефабрику вносить указанные удобрения на поля сельхоз -предприятий собственными силами и за счет собственных средств на площади 3,0 тыс. га, тратя на эти цели 60 млн руб. собственных средств. Из-за отсутствия средств слабо внедряется в производство технология получения высокоэффективных биокомпостов в закрытых камерах биоферментаторах.
При использовании животноводческих стоков на орошение основным препятствием является то, что животноводческие предприятия не всегда располагают необходимыми площадями для использования всего годового объёма животноводческих стоков на орошение; мелиоративные системы при животноводческих комплексах в большинстве требуют реконструкции и замены дождевальной техники. В связи с этим, животноводческие стоки зачастую сбрасывают на рельеф местности за определенную плату.
Исходя из этого нам представляется необходимым решение следующих вопросов:
1. Компенсации части затрат (до 25% от стоимости компостов) сельскохозяйственным организациям и фермерским хозяйствам на производство или приобретение соответствующих компостов.
2. Государственная поддержка (с возмещением до 50% затрат) при строительстве биоферментаторных установок по производству высокоэффективных
органических удобрений с повышенным уровнем биогенности, питательности и экологической чистоты.
3. Включение в ФЦП «Мелиорация земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 гг.» строительство новых и реконструкцию существующих оросительных систем с использованием сточных вод и животноводческих стоков (ОССВ).
Реализация указанных мероприятий позволяет:
1. Увеличить производство высокоэффективных органических удобрений на основе навоза, помёта, способных значительно повысить плодородие почв и продуктивность сельскохозяйственных угодий.
2. Создать благоприятную экологическую обстановку вокруг животноводческих и птицеводческих предприятий, значительно снизить возможность загрязнения почвы патогенными микроорганизмами, личинками гельминтов и всхожими семенами сорных растений, снизить вероятность загрязнения органическим веществом поверхностных и грунтовых вод.
Ковалев Николай Георгиевич, академик Россельхозакадемии, директор
ГНУ ВНИИМЗ
Тел. (482-22) 37 85 46
E-mail: [email protected]
The estimation of the role of manure in improving soil fertility and the necessity of effective use of animal waste for the production of organic fertilizers. The block diagrams of manure into fertilizer, bio-fuels and other biological products. According to the directions in the strategy of development of livestock considered five technologies of production of organic fertilizers and a number of innovative biotechnology, tested in a production environment, given their estimates. Identified a number of problems of an economic order restraining the production of highly compost and use of livestock effluents for irrigation of agricultural cultures, outlining measures to eliminate them.
Keywords: fertility of the soil, humus, humification coefficient of organic fertilizers, processing of organic animal waste.
