CC BY
201
УДК 631.86:631.15
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ В ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ
А.М. Бондаренко, доктор технических наук, профессор, зам. директора Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО ДГАУ E-mail: bondanmih@rambler.ru
Л. С. Качанова, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева E-mail: kachanovakls@rambler.ru
Аннотация. Проведен анализ современного состояния технологий переработки навоза животноводческих предприятий в органические удобрения. Выявлено, что в настоящее время на 95% животноводческих предприятий Ростовской области отсутствуют системы накопления и переработки навоза, соответствующие нормам проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета. Указаны причины снижения почвенного плодородия на примере АПК Ростовской области. Выявлены причины некачественной подготовки органических удобрений по традиционной технологии. Разработаны перспективные технологии переработки жидкого, полужидкого и твердого навоза животноводческих предприятий в твердые и жидкие концентрированные органические удобрения методом ускоренного компостирования за 7-10 дней. Перспективной технологией производства высококачественных органических удобрений в Ростовской области является технология производства концентрированного органического компоста (КОК) на основе жидкого и полужидкого навоза, соломы с добавлением биологически активной а-добавки. Разработанная технология позволяет увеличить объемы получаемого КОК на 25% и улучшить экологическую обстановку в местах накопления навоза за счет его переработки и применения соломы как альтернативы ее сжиганию. Рассмотрены технические средства для реализации предлагаемых технологий. Представленные технологии внедрены в хозяйствах Мясниковского и Матвеево-Курган-ского районов Ростовской области. Приведены технико-экономические показатели внедрения современных технологий переработки навоза в высококачественные органические удобрения и их использования в растениеводстве, указывающие на повышение рентабельности при выращивании сельскохозяйственных культур за счет роста урожайности более высокими темпами, чем затрат на дополнительные технологические операции.
Ключевые слова: твердый навоз, жидкий навоз, полужидкий навоз, технология, концентрированное органическое удобрение.
В условиях наращивания кризисных явлений в мире, связанных с неустойчивой политической обстановкой, важнейшей задачей государства является решение вопросов продовольственной безопасности. Основным флагманом производства продовольствия в России является агропромышленный комплекс с его многообразной инфраструктурой (производство зерна, мяса, молока, яиц и т.д., а также их переработка). Длительная реорганизация АПК, начатая в 90-х годах ХХ века, не способствует позитивному развитию сельского хозяйства и его основных отраслей - животноводства и растениеводства. Несбалансированность структуры АПК
по животноводству и растениеводству создала две важнейшие проблемы: падение почвенного плодородия в связи с недостаточным внесением органических удобрений и загрязнение окружающей среды от хранения органических отходов животноводства [1, 2].
Применительно к Ростовской области, имеющей площадь пашни более 5867 тыс. га, дозы внесения органических удобрений составили в 2014 году 0,2-0,4 т/га вместо требуемых 10-15 т/га [5]. Недополучение растениеводческой отраслью требуемого количества органических удобрений является одной из важнейших причин снижения почвенного плодородия.
Ростовская область по экономическим и климатическим показателям разделена на 6 природно-сельскохозяйственных зон, включающих 43 административных района. За последние 30 лет потери гумуса по отдельным природно-сельскохозяйственным зонам Ростовской области достигли 16,5%, что усугубило развитие эрозионных процессов.
Основная причина развития эрозионных процессов кроется в несоблюдении структурных посевных площадей и противоэрози-онной агротехники, недостаточном внесении органических удобрений, что приводит к де-гумификации земель, увеличению щелочности и карбонатности почв. Одной из причин
малых доз внесения органических удобрений является отсутствие эффективных технологий переработки навоза в высококачественные органические удобрения и технических средств их реализации. Решение данной проблемы позволит не только переработать навоз животноводческих предприятий в высококачественные органические удобрения, но и повысить рентабельность выращивания сельхозкультур при их внесении в почву путем сохранения и повышения почвенного плодородия. Анализ состояния животноводства в Ростовской области показал, что за последние 25 лет произошло значительное снижение поголовья КРС и свиней (рис. 1,2).
Рис. 1. Динамика изменения численности поголовья КРС в Ростовской области с 1990 по 2013 гг.
Рис. 2. Динамика изменения численности поголовья свиней в Ростовской области с 1990 по 2013 гг.
Из представленных данных видно, что хотя темп падения поголовья КРС заметно снизился, однако для восстановления и наращивания поголовья необходимо пересмотреть инфраструктуру стада и повысить его рентабельность. Отрасль свиноводства в Ростовской области остается стабильно развивающейся с некоторым снижением поголовья на крупных сельскохозяйственных объектах. Падение поголовья связано с эпидемией африканской чумы свиней.
На животноводческих предприятиях производится жидкий навоз (ЖН), полужидкий (ПН) и твердый (ТН) навоз. В 2014 году объемы производства навоза в Ростовской области составили более 3300 тыс. тонн, в том числе доля ЖН - 28,1%, ПН - 30,7% и ТН -41,2% (рис. 3) [1, 5].
Твердый навоз 41,20%
Жидкий навоз 28,10%
Полужидкий навоз 30,70%
Рис. 3. Выход навоза от животноводческих предприятий СПК Ростовской области
Основными производителями жидкого и полужидкого навоза являются свиноводческие предприятия, а твердого (подстилочного навоза) - фермы КРС и МТФ.
Технологии переработки твердого (подстилочного) навоза в органические удобрения включают операции выгрузки навоза из помещений (выгульных площадок), транспортирования на площадку для накопления и хранения, буртования.
Технологии переработки полужидкого и жидкого навоза в органические удобрения включают операции накопления их в приемных резервуарах вблизи технологических помещений, перекачивания их насосами в навозохранилища, накопления и хранения.
В настоящее время на 95% животноводческих предприятий Ростовской области отсутствуют системы накопления и переработки навоза, соответствующие ОНТП [3].
Несоответствия заключаются в следующем. Площадки для хранения ТН (полевые хранилища) выполняются, как правило, неза-глубленными, имеют земляную обваловку и полное отсутствие твердого гидроизоляционного покрытия. Для хранения ПН и ЖН используются полузаглубленные навозохранилища секционного типа с земляной обва-ловкой без наличия твердого гидроизоляционного покрытия. На отдельных фермах КРС и свинокомплексах попытки укладки гидроизоляционных пленок приводят к их вздутию за счет накопления под ними аммиака, что представляет опасность для обслуживающего персонала и существенно уменьшает объемы навозохранилища. При хранении навоза любой консистенции нет контроля и управления процессами его обеззараживания, что опасно для окружающей среды в местах его накопления.
Анализ переработки полужидкого и жидкого навоза на животноводческих предприятиях Ростовской области показал, что практически нигде не применяется разделение его на фракции и редко применяются технологии компостирования навоза с соломой. При этом ПН после естественного удаления влаги грузится в транспортные средства и вносится на ближайшие (в радиусе 1 -2 км) поля машинами для внесения твердых органических удобрений с дозами 40-60 т/га с низким качеством распределения по полю. Жидкий навоз из навозохранилища насосами загружается в машины типа МЖТ, которые вносят его на поле с дозами 80-90 м3/га, или по трубопроводам подается на поля с дозами до 200-300 м3/га.
Основной причиной некачественной подготовки органических удобрений по традиционной технологии является нежелание руководителей животноводческих предприятий вкладывать денежные средства в переработку навоза по устаревшим технологиям, которые не окупаются полученным урожаем выращиваемых сельскохозяйственных культур.
В этой связи в Азово-Черноморском инженерном институте (г. Зерноград Ростовской области) совместно с РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева под руководством профессора Бондаренко А.М. разработаны инновационные технологии переработки жидкого, полужидкого и твердого навоза в высококачественные концентрированные органические удобрения, в основу которых положен принцип ускоренного микробиологического компостирования с применением микробиологической активной а-добавки [1, 5, 6, 7]. На рис. 4 представлены перспективные технологии производства высококачественных органических удобрений.
Перспективные технологии предусматривают: переработку ЖН в жидкие КОУ или производство компостов и на их основе -твердых КОУ; переработку ПН в компосты и на их основе - твердых КОУ; переработку ТН в твердые КОУ.
Рис. 4. Перспективные технологии производства высококачественных КОУ
Технология переработки ТН и ПН с нижним пределом влажности (до 90%) методом ускоренного компостирования в твердые КОУ заключается в следующем.
В исходный навоз заданной влажности, сформированный в виде бурта, подается биологически активная добавка (а-добавка) в количестве 5% от массы обрабатываемого навоза. В результате активного перемешивания а-добавка равномерно распределяется по объему навоза и активирует процесс его нагревания, в результате чего происходит биотермическое обеззараживание навозной смеси, и через 7-10 дней (в зависимости от температуры окружающего воздуха) полученное твердое КОУ готово к применению. КОУ имеет комковатую структуру, плотность - 0,6-0,8 т/м3, влажность - 50-60%. Возможны варианты его измельчения и получения КОУ в пылевидной форме или в виде гранул заданных размеров после их гранулирования, что позволяет надолго сохранить питательную ценность КОУ и дает возможность вносить их на поле серийно выпускаемыми машинами для внесения минеральных удобрений.
Базовой машиной в данной технологии является самоходный ворошитель буртов (перебуртов-щик). К сожалению, в России и ближнем зарубежье машины для данной технологической операции не выпускаются. Поэтому при внедрении данной технологии были использованы ворошители буртов марки СВБ 16.30 фирмы «BACKHUS». Конструкция данного ворошителя позволяет формировать бурт шириной 2,5 м и высотой 1,5 м при производительности 400 т/ч. Интервал перемешивания а-добавки с навозной массой - через 8-12 часов в течение 3-4 суток (в летнее время). На рис. 5 показан процесс производства твердых КОУ.
а) б)
Рис. 5. Производство твердых КОУ: а) на площадке закрытого типа; б) на открытой площадке
Технология переработки ПН с верхним пределом влажности (более 90%) и ЖН в жидкие КОУ заключается в следующем:
ПН и ЖН или жидкая фракция после механического разделения подаются насосами к специально разработанному растворному узлу, представляющему емкости-накопители с фекальными насосами и системами подачи а-добавки, системы гидравлического перемешивания смеси и ее последующей выгрузки в транспорт-но-технологическую машину (рис. 6, 7).
В ттедкологач^ск^й машину
Рис. 6. Схема растворного узла для производства жидких КОУ: 1 - навозохранилище; 2 - насосная станция; 3 - трубопроводы; 4-20 - краны; 21 - емкость (у1 = 40 м3); 22 - емкость (у2 = 26 м3); 23 - емкость (у3 = 30 м3); 24-26 - насосы для перемешивания компостов и выгрузки КОУ; 27 - пульт управления; 28 - емкость для подготовки а-добавки; 29 - насос для подачи добавки; 31-32 - краны для регулирования процесса подачи а-добавки
"^'Т^гГЧ^Фж^; в емкость, заполненную навозной массой на 2/3 объема, подается а-добавка (в твердом или жидком виде) в количестве 5% от объема поступившего навоза. Указанные компоненты перемешиваются гидравлическим способом в течение 40 минут, образуя жидкое КОУ. Насосом жидкое КОУ подается в транспортно-технологическую машину и далее вывозится на поле.
Одной из перспективных технологий производства высококачественных органических удобрений в Ростовской области яв-
Рис. 7. Общий вид растворного узла для производства жидких КОУ
ляется технология производства концентрированного органического компоста (КОК) на основе жидкого и полужидкого навоза, соломы с добавлением а-добавки, достаточно описанной ранее [1,5,6]. Основным преимуществом данной технологии является дополнительное вовлечение в оборот незерновой части выращиваемых сельскохозяйственных культур (соломы), что позволяет увеличить объемы получаемого КОК на 25% и улучшить экологическую обстановку в местах накопления навоза за счет его переработки и применения соломы как альтернативы ее сжиганию.
Основным преимуществом переработки навоза животноводческих предприятий в высококачественные концентрированные удобрения методом ускоренного компостирования является то, что дозы их внесения, по сравнению с традиционными (40-60 т/га), составляют от 1 до 4 т/га. Это дает возможность за весенне-летний сезон перерабатывать годовые объемы навоза в КОУ и вносить их под основную обработку и в подкормку, тем самым сокращая объемы площадок для их накопления и хранения.
Представленные технологии внедрены в хозяйствах Мясниковского и Матвеево-Курганского районов Ростовской области.
Расчеты экономической эффективности перспективных технологий в сравнении с традиционными, применяемыми в хозяйствах, показали следующее. Для МТФ с поголовьем 1250 голов и годовым выходом полужидкого навоза более 17400 т и подстилочного навоза более 6800 т, себестоимость производства твердых КОУ составила 845 руб/т при объеме их производства в количестве 8100 т/год. Себестоимость производства жидких КОУ составила 672 руб/м3 при объемах их производства 11000 м /год. На рис. 8 приведены показатели сравнительной эффективности технологий возделывания озимой пшеницы с применением базовой техноло-
гии и проектных технологий с применением твердых и жидких КОУ. Из рис. 8 видно, что рентабельность возделывания озимой пшеницы в сравнении с базовой технологией возросла на 62,5% и составила 91,99%.
200,00
180,00 ^
160,00 а
о
140,00 cf а
120,00 a о
*
100,00 н
и
80,00 X
S
60,00 и ю
й
40,00 ы
Си
20,00
0,00
Рис. 8. Показатели экономической эффективности сравниваемых технологий возделывания озимой пшеницы
Следовательно, использование современных технологий переработки навоза животноводческих предприятий методом ускоренного компостирования позволяет получить высококачественные твердые и жидкие концентрированные удобрения, применение которых при выращивании сельскохозяйственных культур способствует повышению рентабельности их производства за счет роста урожайности более высокими темпами, чем рост затрат на дополнительные технологические операции.
Литература:
1. Качанова Л.С., Бондаренко А.М. Технико-экономическое обоснование систем производства и применения удобрений в условиях ЮФО. Зерноград, 2014.
2. Тарханов О.В., Тарханова Л.С. Современные технологии переработки навоза и помета как тормоз экономики. Уфа, 2009. 160 с.
3. Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета. РД-АПК 1.10.15.02-08. М., 2008. 91 с.
4. Зональные системы земледелия Ростовской области на 2013-2020 гг. Ростов-на-Дону, 2013. 240 с.
5. Бондаренко А.М., Качанова Л.С. Перспективные технологии производства высококачественных органических удобрений в ЮФО // Вестник ВНИИМЖ. 2014. №3. С. 145-148.
6. Kachanova L.S., Bondarenko A.M. Technical and economic effectiveness of the development and application of concentrated organic fertilizers.URL: http://conf-afs.com/download/2014/august/afs.pdf.
7. Короленко П.И. Суперудобрение органическое «Аг-ровит-Кор»: технические условия ТУ 9291-00140561837-98. 14 с.
Literatura:
1. Kachanova L.S., Bondarenko A.M. Tekhniko-ehkono-micheskoe obosnovanie sistem proizvodstva i primene-niya udobrenij v usloviyah YUFO. Zernograd, 2014.
2. Tarhanov O.V., Tarhanova L.S. Sovremennye tekhno-logii pererabotki navoza i pometa kak tormoz ehkonomi-ki. Ufa, 2009. 160 s.
3. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu sistem udaleniya i podgotovki k ispol'-zovaniyu navoza i pometa. RD-APK 1.10.15.02-08. M., 2008. 91 s.
4. Zonal'nye sistemy zemledeliya Rostovskoj oblasti na 2013-2020 gg. Rostov-na-Donu, 2013. 240 s.
5. Bondarenko A.M., Kachanova L.S. Perspektivnye tekh-nologii proizvodstva vysokokachestvennyh organiches-kih udobrenij v YUFO // Vestnik VNIIMZH. 2014. №3.
5. 145-148.
6. Kachanova L.S., Bondarenko A.M. Technical and economic effectiveness of the development and application of concentrated organic fertilizers.URL: http://confafs. com/download/2014/august/afs.pdf.
7. Korolenko P.I. Superudobrenie organicheskoe «Agro-vit-Kor>>: tekhnicheskie usloviya TU 9291-001-40561837 -98. 14 s.
THE MODERN TECHNOLOGIES OF THE LIVESTOCK ENTERPRISES MANURE PROCESSING IN A HIGH-QUALITY
ORGANIC FERTILIZER A.M. Bondarenko, doctor of technical sciences, professor, deputy director Azov-and-Black Sea engineering institute of FGBOY VPO DGAY L.S. Kachanova, candidate of technical sciences, associate professor FGBOU VO RGAU-MSHA after K.A. Timiryazev
Abstract. The analysis of the livestock-related enterprises' manure processing to organic fertilizers' current state technologies is made. It is founded that currently in 95% of Rostov region's farm animal's enterprises there is no manure accumulation and processing system, corresponding the design's norm of manure and dung removal and preparation systems. The Rostov region's soil fertility decline's reasons are shown. The causes of poor quality of organic fertilizers preparation on traditional technology are identified. The advanced technologies of livestock enterprises liquid, semi-liquid and solid manure processing's in solid and liquid concentrated organic fertilizer by the accelerated composting method for 7-10 days are developed. Rostov region high-quality organic fertilizers producing by promising mode is a manufacturing technology of concentrated organic compost (KOK) on the liquid and semiliquid manure, straw with biologically active a - supplements' basis using. The developed technology allows to increase the resulting KOK volume's in 25% and to improve the environmental situation in the places of manure accumulation through its processing and the straw using as an alternative to its burning. The technical means for proposed technologies realization are considered.The presented technologies have implemented on the farms of Myasnikovsky and Matveev-Kurgan districts of the Rostov region. The technical and economic indicators of manure transforming into high-quality organic fertilizer by modern technologies' implementation and their use in crop production, pointing the crop production profitability's increasing due to the crop's capacity of more rapid growing than the additional technological operations' costs are shown.
Keywords: solid manure, liquid manure, semi-liquid manure, technology, concentrated organic fertilizer.
