CC BY
109
УДК 631.862
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА СВИНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
В.Н. Афанасьев, Е.В. Шалавина
Показаны экологические проблемы переработки навоза свиноводческих комплексов, рассмотрены технологические и технические решения переработки навоза в Ленинградской области. Произведен анализ существующих систем переработки свиного навоза.
Ключевые слова: свиной навоз, экология, переработка, технологии, органические удобрения.
В настоящее время вследствие сброса недостаточно очищенных промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных стоков, а также поступления загрязнений с рассредоточенным стоком с водосборных территорий практически повсеместно происходит загрязнение окружающей среды. Развитие животноводства на промышленной основе обуславливает резкое повышение количества сильно загрязненных сточных вод, очистка и обеззараживание которых являются одной из важнейших задач при решении вопроса об их использовании в сельском хозяйстве в качестве удобрения или спуске в водоемы или на поля орошения. Большое количество навозосодержащих стоков и жидкого навоза идет со свинокомплексов.
За последние годы свиноводство Ленинградской области претерпело большие изменения. В 1990 г. поголовье свиней составляло 551 тыс. голов, к 1999 г. сократилось до 92260 голов, а в 2005 г. насчитывалось 33642 головы. С 2006 г. наблюдается тенденция роста поголовья свиней, за период с 2005 г. поголовье увеличилось более чем в 4 раза и составило 146,6 тыс. голов в 2009 г. и 201,3 тыс. голов в 2012 г. Динамика изменения поголовья свиней в Ленинградской области представлена на гистограмме 1.
Гистограмма 1. Динамика изменения поголовья свиней в Ленинградской области
Тенденцию роста поголовья свиней в Ленинградской области с 2006 г. и по настоящее время можно объяснить государственной поддержкой хозяйств. В 2012 г. закончилась реализация программы «Развитие свиноводства на 20102012 г.». Результатом программы стало увеличение поголовья до 201,3 тыс. голов. 10 августа 2011 г. был подписан приказ Минсельхоза РФ №267 «Об утверждении стратегии развития мясного животноводства в РФ до 2020 года». Разработан проект отраслевой программы «Развитие свиноводства в Ленинградской области в 2010-2015 годы и на период до 2020 года». Производство свинины в России может и должно стать конкурентоспособным, при этом страна из импортёра превратится в экспортёра этого вида мяса. Развитие свиноводства в современных рыночных условиях предопределено совершенствованием технико-технологических и экологически безопасных технологий, углублением специализации, концентрации на базе интеграции производства.
В настоящее время идет реформирование законодательства в области экологической безопасности и усиления контроля за его выполнением. Постановлением правительства РФ от 27.11.2012 г. «О категориях хозяйственной и иной деятельности, осуществляемой юридическими лицами, индивидуальными предпринимателями и гражданами и критериях, на основании которых устанавливаются категории для целей государственного экологического надзора», предприятия по разведению откормочных свиней (массой более 30 кг) проектной мощностью 2000 мест и более, свиноматок проектной мощностью 750 мест и более отнесены к 1 категории - экологически опасные объекты.
Обеспечение экологической безопасности свинокомплексов является одной из основных проблем. Перевод свиноводства на промышленную основу, строительство крупных свинокомплексов обуславливают значительную концентрацию жидкого навоза на таких предприятиях и могут вызывать, с одной стороны, загрязнение окружающей среды, а с другой - обеспечение хозяйства значительными объемами органических удобрений. Увеличение поголовья ведет к необходимости решать вопросы переработки и использования навоза с соблюдением экологической безопасности. В настоящее время только в Ленинградской области расположено 15 крупных свиноводческих хозяйств. Распределение свиноводческих хозяйств по районам представлено на гистограмме 2.
Гистограмма 2. Распределение свиноводческих хозяйств Ленинградской области по районам (по оси абсцисс -количество хозяйств в области)
Распределение выхода навоза по свинокомплексам Ленинградской области представлено на гистограмме 3.
Гистограмма 3. Распределение выхода навоза по свинокомплексам Ленинградской области (по оси абсцисс - годовой выход навоза со свинокомплексов области)
На первом этапе подготовки навоза к переработке технологическими операциями, которые предопределяют последующий выбор технологии его переработки, являются его транспортирование и хранение.
Транспортирование навоза может осуществляться любым видом транспорта (закрытые автомашины, тракторные самосвальные прицепы, трубы, лотки) с учетом правил перевозок, действующих для каждого вида транспорта.
Переработка навоза начинается с транспортировки его к месту переработки и хранения с обязательным соблюдением экологических мер. Существует несколько технологий переработки и обеззараживания навоза. Наиболее широкое применение навоза и помета принятое в сельском хозяйстве - это использование их в качестве удобрения [3]. Одной из технологий является переработка навоза в органическое удобрение в естественных условиях на прифермерских или полевых площадках методом компостирования. Полученное органическое удобрение вносится на поля под растениеводческие культуры. Основными компонентами для компостирования являются: торф, опилки, солома [5]. Количество этих компонентов и сроки обеззараживания компостной смеси следует определять по РД-АПК 1.10.15.02-08. Компостирование отдельным буртом на специально подготовленной полевой площадке представлено на рисунке 1.
Для загущения при компостировании используются лотки, солому, торф, опилки. Для транспортирования навоза к месту компостирования используются трактора класса тяги 1,4-2 и прицепы ПТС. Для перемешивания компостной смеси и формирования буртов используется фронтальный погрузчик.
Рис. 1. Компостирование отдельным буртом на специально подготовленной полевой площадке
Для биотермического обеззараживания влажность компостной смеси должна составлять не более 75% [8]. Поскольку основными способами уборки навоза на свинокомплексах являются гидравлические смывные и самосплавные системы, то по существующим технологиям удаления навоза на этих фермах и комплексах навоз получается различной влажности. Полужидкий (экскременты) - влажность до 92%, жидкий (разбавленный водой в 0,2-5 раз) - влажность до 92-97% и навозные стоки - влажность более 97%. Количество влагопоглоти-теля (соломы) на 1 тонну свиного навоза различной влажности представлены в приложении Б [8]. Требуется значительное количество влагопоглотителя для компостирования свиного навоза и большие площади бетонированных и полевых площадок, оборудованные в соответствии с РД [8].
Второй технологией обеззараживания является длительное выдерживание. Жидкий свиной навоз из приемных резервуаров перекачивается центробежными насосами по трубопроводам в лагуны для накопления навоза. Эти резервуары должны вмещать 7-ми месячный объем образующегося навоза [8]. В процессе выдержки навоза в лагунах в течение 12 месяцев происходит обеззараживание, в результате чего получается органическое удобрение, которое должно соответствовать ГОСТ Р 53117-2008.
Лагуна представляет собой котлован, выкопанный в земле. Грунт, вынутый из котлована, используется для образования замкнутой дамбы по периметру. По всему объему котлована в 2 слоя выстилается специальный высокопрочный материал - пленка, обеспечивающая надежную гидроизоляцию. Края пленки заложены в канавку, выкопанную поверх дамбы, и обвалованы грунтом [2]. Жидкий свиной навоз транспортируется в лагуну по трубопроводу или в специальных бочках типа МЖТ. Емкости для хранения навоза должны быть оборудованы средствами перемешивания.
Средняя удобрительная ценность экскрементов свиней в процентах от массы сухого вещества: азот общий - 5,0, фосфор - 2,1, калий - 2,5 [8]. Удобрительная ценность жидкого свиного навоза уменьшается примерно в тех же пределах, в каких увеличивается его объем. Поэтому, при внесении одного и того же количества питательных элементов на единицу площади, дозу внесения жидкого навоза необходимо увеличивать. Это ведет к переувлажнению почвы, образованию потоков сточных вод на поверхности поля, фильтрации навозной жижи через слой почвы, к вымыванию питательных элементов из почвы и угрозе загрязнения открытых водных источников и грунтовых вод.
Жидкий навоз и навозные стоки рекомендуется вносить в почву на полях орошения в вегетационный период для максимального поглощения растениями жидкости и питательных веществ [8]. Однако использование его ограничивается природно-климатическими условиями, сезоном года и видом культур.
Климат Ленинградской области неустойчивый и влажный. Годовой ход средней температуры воздуха для Ленинградской области представлен на рисунке 2.
Гадовой ход температуры воздуха
(средний, по данным за 19о'-1990 гг.)
20 15
с
I 10
|
I 5 I
I о
ф
-5 -10
1 : ■ Ш0,
: ' У 1 / \
у _ ■
норма
ср ° •г
Рис. 2. Годовой ход средней температуры воздуха в Ленинградской области
Ленинградская область по своему географическому местоположению попадает в зону избыточного увлажнения. Выпадение осадков определяется главным образом интенсивностью циклонической деятельности. В течение года осадки выпадают неравномерно: большая их часть (67%) приходится на теплый период и только 33% - на холодный. В среднем за год выпадает 636 мм осадков. Распределение среднемноголетнего годового количества осадков по месяцам представлено на гистограмме 4.
Годовое распределение месячных сумм осадков, числа дней с осадками и максимального суточного количества осадков
4 11 Г" I I I II I 11п1 1
Ир II МЧИ г 11 I!■
ПИ ¡Пи
январь февраль март апрель
июль август сентябрь октябрь мэябс*> декабрь
Гистограмма 4. Годовое распределение месячных сумм осадков
Как видно из рисунка 2 в весенний период внесения органических удобрений, средняя температура воздуха отрицательная, соответственно внесение жидкого органического удобрения на промерзлую почву нецелесообразно.
Из гистограммы 4 видно, что весь вегетационный период в Ленинградской области выпадает большое количество осадков. Такие климатические условия Ленинградской области не позволяют вносить весь накопленный навоз на поля орошения в рекомендуемый вегетационный период, да и площадей для внесения органических удобрений не всегда достаточно. У многих свиноферм нет согласования об использовании навоза с сельскохозяйственными предприятиями, занимающимися растениеводством.
Третьей технологией переработки жидкого свиного навоза в биоэнергетических установках способом анаэробного сбраживания. В результате такой обработки обеспечивается обезвреживание жидкого навоза и навозных стоков, сохранение их как удобрения при одновременном получении биогаза. Кроме того, снижается порог дурного запаха веществ, содержащихся в навозе [4]. Структурная схема стадий биогазовых технологий представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Структурная схема стадий биогазовых технологий
Испытания, проведенные Сельскохозяйственной консультативной службой Дании (Danish Agricultural Advisory Service) в полевых условиях показали, что в переработанном аэробным методом навозе содержание азота на 17-30% выше, чем в непереработанном.
Дигестат более однородный: меньше комков, питательные вещества распределяются равномернее, что позволяет дигестату лучше проникать к корням культуры, в результате культура лучше впитывает в себя питательные вещества [6]. Однако влажность дигестата остается достаточно высокой (более 95%), а количество образовавшейся энергии ничтожно мало по отношению к затратам на дальнейшую обработку жидкой фракции (дигестата). Получается, что с одной стороны - со свинокомплексов образуются большие объемы жидкого навоза и навозных стоков (которые могут быть переработаны в ценное органическое удобрение), с другой стороны - влажность данного удобрения и климатические условия Ленинградской области не позволяют его рационально использовать.
В условиях сложившейся ситуации требуется максимальное использование всех компонентов животноводческих навозосодержащих стоков и жидкого навоза с понижением влажности и увеличением концентрации питательных веществ вносимого на поля удобрения.
Четвертой технологией переработки является технология глубокой переработки. Ее структурная схема представлена на рисунке 4, частично попадают в контактный резервуар, где идет их обеззараживание.
Транспорти ровка
н
П ро межуточное хранение
н
Рис. 4. Структурная схема технологии глубокой переработки жидкого навоза и навозных стоков
Грубое разделение на фракции
Жидкая фракция
1
Тонкое разделение на фракции
Сброс: -поля орошения; -водоемы; -очистные сооружения.
Биологическая очистка
Погрузка и транспортировка
Реализация
Существует технология смешенного отжима и компостирования. Жидкая фракция после отжима длительно выдерживается, а твердая фракция идет на компостирование. Аналогичные схемы были реализованы на Резинских свинокомплексах. Жидкий свиной навоз и навозные стоки через решетку поступают в приемный резервуар-усреднитель, далее насосами подаются на фильтры. Твердая фракция с фильтров идет на буртование. Жидкая фракция по лоткам сливается в 2 первичных отстойника. Осадок из отстойников откачивается в минерализатор, а отстой подается в аэротенк. После очищенные стоки направляются на вторую ступень аэротенков, где оставшиеся взвешенные вещества поглощаются хлопьями активного ила при интенсивной аэрации. В дальнейшем стоки, пройдя третью ступень очистки в биопрудах, перекачиваются на поля орошения, очистные сооружения или водоемы. В течение 1979-1980 годов были проведены исследования в целях определения качества очистки жидкого навоза и навозных стоков на семи свинокомплексах. Их проводили по единой методике, пробы для анализов брались среднесуточные.
В результате исследования установлено, что исходный жидкий навоз по своим загрязнениям почти в 2 раза превосходит проектные, жидкая фракция поступает на аэротенки первой ступени с БПК5=2698 мг/л вместо 2000 мг/л. Это и предопределяет значительную перегрузку ступеней и их неудовлетворительную работу [7]. Также известно об исследованиях качества очистки, которые производились в 1979-1980 г. сотрудниками ГНУ СЗНИИМЭСХ.
Необходимо повысить эффективность очистки жидкой фракции свиного навоза, поступающей в аэротенки. Наиболее важными элементами сооружений механической очистки являются первичные отстойники, поскольку в них задерживается основная масса трудноудаляемых взвешенных веществ, и именно эти отстойники предшествуют сооружениям биологической очистки.
Кроме того, были исследованы условия эффективного разделения жидкого навоза и навозных стоков в вертикальных отстойниках в совхозе «Спутник» при постоянном контроле процесса отстаивания навоза квалифицированными специалистами и постоянном лабораторном контроле содержания взвешенных веществ в осветляемой жидкости. При высокоэффективной работе первичных отстойников соотношение между содержанием взвешенных веществ и абсолютно сухого вещества на входе составляло 0,5-0,7 и на выходе 0,10-0,15. Данные соотношения имеют место при диапазоне изменения концентрации взвешенных
"5
веществ соответственно 2,75-5,95 и 0,2-0,6 кг/м [1].
В связи с вышеизложенным, появляется необходимость в усовершенствовании методов предварительной очистки путем создания условий в отстойнике для достижения стабильного содержания взвешенных веществ в жидкой фракции на выходе из отстойника при меняющейся концентрации взвешенных веществ непосредственно самого свиного навоза и без постоянного присутствия квалифицированного обслуживающего персонала.
Литература:
1. Афанасьев В.Н., Лапатухин А.Н., Марцулевич И.А. Условия эффективного разделения навозных стоков в вертикальных отстойниках // Сб. науч. тр. / НИПТИМЭСХ. 1987. Вып.51.
2. Рекомендации по организации и проведению производственного экологического контроля систем переработки и использования навоза / А.Ю. Брюханов [и др.]. СПб, 2012. 56с.
3. Брюханов А.Ю. Автоматизированное проектирование технологических линий приготовления органических удобрений на основе навоза и помёта // Вестник ВНИИМЖ. 2009. Т.20,ч.3.
4. Ковалев Д. Анаэробная обработка отходов животноводства // Сельский механизатор. 2007. №3. С. 35.
5. Утилизация навоза/помета на животноводческих фермах для обеспечения экологической безопасности территории, наземных и подземных водных объектов в Ленинградской области / В.И. Могилевцев [и др.]. СПб., 2012.
6. Наилучшие доступные технологии переработки навоза для активных свиноводческих комплексов в странах ЕС Балтийского региона. URL: http://agrotechnologytlas.eu/docs/report_ best_available_technologies_for_manure_treatment.pdf
7. Полонский Л.С., Дмитренко И.Г. Очистные сооружения на комплексах // Техника в сельском хозяйстве. 1981. №6. С. 26-28.
8. РД-АПК 1.10.15.02-2008. Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета. М., 2008.
Афанасьев Вячеслав Николаевич, доктор технических наук, профессор Шалавина Екатерина Викторовна, младший научный сотрудник ГНУ Северо-Западный НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства E-mail: [email protected]
The paper shows ecological problems connected with manure management on pig farms; considers technological and technical solutions for manure management in Leningrad Region, and analizes existing management systems for pig manure. Keywords: pig manure, ecology, management, technologies, organic fertilizers.
