CC BY
57
Литература:
1. Рабинович, Г.Ю. Теоретические и практические аспекты биоконверсии органических отходов / Г.Ю. Рабинович, Н.Г. Ковалев, Э.М. Сульман. - Белгород, 2004. - 80с.
2. Гриднев, П.И. Научные основы совершенствования систем уборки и подготовки навоза к использованию / П.И.Гриднев, Т.Т.Гриднева // Научно-технический прогресс в животноводстве - машинно-технологическая модернизация отрасли: Сб. научн. Трудов / ГНУ ВНИИМЖ. - 2007. - Т.17, ч. 3. - С. 124-132.
3. Рабинович, Р.М. Совершенствование аэробной твердофазной ферментации органического сырья путем оптимизации технологических параметров производственного процесса: Авто-реф. дис. канд. техн. наук. - СПб.- Павловск, 2006. - 22 с.
4. Пат. №2136760 / И.П.Туманов, В.Л.Лысов, В.А.Буробин, Н.Г.Ковалев, Б.М.Малинин. -Опубл. 10.09.1999.
Ковалев Николай Георгиевич, академик Россельхозакадемии, директор ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиоративных земель Тел. 8(482.2.)37-85-46 E-mail: vniimz@list.ru
The main directions of improving the technological means of production of fertilizers through rapid bioconversion of the organic material produced at the enterprises of agroindustrial complex. Attention is paid to: improving the technology of preparation of compost mixture for fermentation in the process of cleaning the manure from animal houses, automated process control offermentation in biofermentatore. Keywords: organic raw materials, fermentation, microbocenosis, fertilizer.
УДК 631.862.2(470.331)
ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАВОЗНЫХ СТОКОВ
Н.Г.Ковалев И.Н.Барановский
Рассматривается новая технология удаления навозных стоков со свинокомплекса, его переработка с разделением на фракции, их последующее обеззараживание и использование на удобрение.
Ключевые слова: навозные стоки, сепаратор, жидкая и твердая фракции, лагуна, внутрипочвенное внесение.
Последние годы в Российской Федерации наметилась четкая тенденция в снижении вносимых в почву органических удобрений. Применительно к Нечерноземной зоне, где они играют чрезвычайно важную роль в поддержании и воспроизводстве почвенного плодородия, средняя насыщенность 1 га пашни данными удобрениями составляет менее 1 т/га, при необходимой как минимум 5-6 т/га.
Одной из основных причин такого положения, является резкое уменьшение численности поголовья скота и птицы. Следствием этого можно считать отсутствие роста урожайности основных сельскохозяйственных культур, хотя земледелие ведется на лучших землях. Менее плодородные почвы, а также обладающие мелиоративной неустроенностью уже давно выведены из активного оборота. Чтобы не допустить дальнейшего падения валовых сборов производимых в зоне зерновых, пропашных, овощных и других культур, требуется заметно повысить дозы вносимых в почву органических удобрений. Доведя их внесение в среднем по зоне до 4-5 т/га, с одновременным увеличением применения минеральных удобрений, внедрением в производство современной агротехники, проведением необходимых химических мелиораций, это позволит поднять продуктивность пашни как минимум в 1,7-2 раза [1, 2].
Значительный резерв поступления органического сырья для земледелия зоны кроется в имеющихся и создаваемых в последние годы современных крупных агрофирмах животноводческого направления. Ежегодное накопление такого продукта во многих из них составляет десятки тысяч тонн и остро встает проблема, каким образом его утилизировать без причинения ущерба для природной среды [3].
Наблюдается своего рода парадокс: с одной стороны, ощущается острый недостаток органических удобрений для сельскохозяйственных угодий, а с другой - встает задача, что делать с имеющимся органическим сырьем. Данную проблему мы и хотим рассмотреть в настоящей публикации на примере ОАО племзавод «Заволжское», находящегося в Тверской области.
Хозяйство специализируется на производстве свиней канадских пород -крупная белая, ландрас и дюрок для которых характерно не слишком большое накопление шпика, в пределах 18 мм, а остальная часть представлена мышечной тканью. На начало 2012 года общая численность поголовья свиней всех возрастов составляла свыше 110 тысяч. Все животные содержатся на щелевых полах, и от них ежесуточно накапливается около 200 м навозных стоков. До недавнего времени система очистки их осуществлялась посредством использования открытых карт, в которые они насосами подавались со свинарников. Очистка происходила в процессе просачивания воды через фильтрующуюся засыпку по периметру каждой карты и частично через ее дно.
Прошедшие через такие фильтры сточные воды поступали в окаймляющий каждую карту водоотводящий канал и далее самотеком в естественный водоприемник, функции которого выполняла местная речка Каменка. Такого типа
очистка привела к тому, что фильтрующаяся засыпка полностью заилилась и перестала выполнять свои функции, а воды навозных стоков все в большем объеме фильтровались вглубь через дно карт, приводя к заболачиванию окружающую местность. Поэтому в хозяйстве начиная с 2008 г. стали внедрять новую технологию очистки навозных стоков. В ее основе находится разделение их на твердую и жидкую фракции посредством сепарирования, с последующим использованием каждой из них в отдельности в качестве удобрения.
Рис. 1. Погружная мешалка ТВМ 4/4
Суть технологии. Все животные в свинарниках содержатся на щелевых полах, а получаемый от них навоз продавливается копытами через щели в полу и накапливается в специальных навозонакопителях. В них он хранится в течение 14 дней. По истечении этого срока навозные стоки по самотечному коллектору поступают в бетонный резервуар, находящийся между производственными корпусами. Резервуар выполнен из монолитного бетона, а его емкость равна суточному объему стоков. В резервуаре производственные стоки подвергаются гомогенизации и усреднению по концентрации посредством механической мешалки (ТВМ-4/4) и одновременно в нем находится погружной насос марки РТS 4-80 с измельчающим механизмом для подачи стоков в сепаратор (рис. 1).
Для этого используются жесткие полиэтиленовые трубы и гибкие армированные рукава диаметром 110 мм. Управление работой насоса и мешалки осуществляется с пульта управления сепаратором, в зависимости от сигналов датчиков уровня заполнения резервуара.
При избыточном поступлении гомогенизированных стоков из резервуара-усреднителя в сепаратор, они через перепускной клапан подаются обратно в приемный резервуар самотеком по трубопроводу марки ПЭ-80, диаметром 160 мм.
Разделение навозных стоков на фракции происходит на сепараторе с си-
-5
том серии SM-260/50, производительностью около 15 м /час навоза при концентрации сухих веществ, в пределах 7-8% (рис.2).
Рис. 2. Общий вид сепараторного цеха
Получаемая на сепараторе жидкая фракция навоза используется по двум направлениям.
Первое - незначительная часть ее по наклонному трубопроводу самотеком подается в приемный резервуар для смыва стоков навоза из него.
Вторая, основная часть - перекачивается в лагуны с последующим использованием ее в качестве удобрения. Она непосредственно из сепаратора самотеком поступает в приемный резервуар объемом 8 м , в котором находится погружной насос марки РТS откачивающий ее по полиэтиленовым трубопроводам диаметром 160 мм в лагуны (навозонакопители).
Распределение жидкой фракции по отдельным лагунам происходит посредством использования запорных шиберных клапанов типа SМ-160, которые смонтированы в технологическом колодце диаметром 2 м, находящимся рядом с лагуной.
Сами лагуны выполнены в виде заглубленных обвалованных навозонако-пителей открытого типа, а для устранения фильтрации жидкости через стенки и днище применена гидроизоляционная пленка. В лагунах происходит дегельминтизация жидкой фракции, путем выдерживания ее в течение 6 месяцев в весенне-летний период и 8 месяцев в осенне-зимний. Объем каждой лагуны 26,71
тыс. м3 .
При ее хранении она расслаивается на отдельные слои: сверху сплавина, в средней части жидкость и в нижней - выпавший осадок. Такие слои отличаются между собой не только по физико-механическим свойствам, но и по содержанию в каждом слое основных питательных веществ (№К). Поэтому, для получения усредненного продукта со всей лагуны перед забором жидкой фракции на удобрение, она перемешивается передвижной мешалкой длиной 5-12 м с приводом от ВОМ трактора «Беларусь» (рис. 3).
Рис.3. Общий вид лагуны с передвижной мешалкой
Твердая фракция, на которую приходится около 7% от всего объема поступивших на сепаратор навозных стоков, направляется в V-образный приемный бункер, с находящимся в днище шнековым транспортером длиной 6 м и диаметром 200 мм.
Из него фракция загружается в тракторную тележку (рис. 4) и отвозится на площадку для компостирования размером 40х40 м, днище которой забетонировано, а сама она оканавлена. Компостирование осуществляется естественным путем, при котором основная роль отводится микроорганизмам и окислительным процессам. Сначала твердая фракция на площадке в течение 6 дней хранится в буртах (карантинный период) шириной 4 м и высотой до 2,5 м произвольной длины отдельно от основной массы ранее вывезенной на площадку. В это время в массе бурта происходит бурное брожение, температура поднимается до 55-65оС, при которой погибает большинство бактерий. В том числе патогенных и зародышей гельминтов. После этого она передвигается к основной части, для чего применяется бульдозер, хотя данную операцию можно проводить с использованием шнекового снегоуборщика, грейдера.
Рис. 4. Погрузка твердой фракции навоза для отвозки на площадку для компостирования
Обычно масса формируется в бурт произвольных размеров, где продолжается процесс компостирования до того момента, когда она забирается и вывозится для внесения в почву в качестве удобрения. Для снижения затрат по
"5
внесению используются больше объемные разбрасыватели емкостью 25 м (рис.5).
Рис.5. Тракторный агрегат для внесения твердой фракции навоза, объем навозоразбрасывателя 25 м2
Применительно к племзаводу «Заволжское» у него на данный период времени нет заметных затруднений с процессом удаления со свинарников производственных стоков и разделения их на фракции, о чем показано выше. Основной проблемой, связанной с рассматриваемым продуктом, является вопрос, что с ним делать. Общее количество накапливаемого навоза составляет свыше 70 тыс. т в год.
Хозяйство располагает не слишком большой площадью земельных угодий, на которые можно вносить накапливаемый навоз, особенно, что касается жидкой фракции. Экологическим законодательством предусмотрена возможность использования такого навоза на специальных мелиоративных системах -земледельческих полях орошения (ЗПО). Поскольку племзавод находится в непосредственной близости от г. Твери, его земли разрезает автомобильная трасса Москва-Санкт-Петербург, а также с учетом ряда других особенностей, допустимое внесение жидкого навоза может быть осуществлено на площади около 400 га.
Первоначально жидкий навоз вносился непосредственно из закрытых емкостей (бочек) с соответствующими разбрызгивателями. При этом неравномерность распределения его по поверхности поля достигала 50% и более. Часто наблюдалась кольматация почвы, когда на поверхности образовывалась пленка из илистых частиц, препятствующая полному просачиванию вносимой дозы жидкого навоза в перегнойный слой. Это связано с тем, что объем вносимого навоза, превышал фильтрационную способность почвы [4]. С учетом не всегда своевременной заделки в почву, имели место потери питательных элементов и особенно азота, в результате чего поле после такого внесения становилось
чрезвычайно пестрым по уровню плодородия. Поэтому от такого способа внесения пришлось отказаться. В последнее время жидкий навоз вносится поверхностно машинами штангового действия и внутрипочвенно с использованием шланговых систем.
На штанговых агрегатах установлена многоканальная распределительная головка с активным ротором, что обеспечивает равномерность внесения удобрения по ширине захвата на 88-89%, а по ходу движения на 90-91%. Поскольку жидкий навоз содержит мало сухих веществ, то его внесение проводится в любое время года, кроме того периода, когда устанавливается морозная погода, либо поля заняты вегетирующими растениями.
Для внутрипочвенного внесения применяется агрегат АВВ-Ф-2,8, оборудованный устройством позволяющим вносить навоз на глубину свыше 17 см, что исключает загрязнение поверхности почвы (рис.6). В его состав входит дисковый нож, плоскорежущая лапа с подкормочной трубой, прикатывающий каток. Насос подает жидкое органическое удобрение по напорному трубопроводу к разделительному устройству, которое распределяет их по гибким рукавам к подкормочным трубам, закрепленным на лапах. Нож разрезает верхний задернённый слой почвы, облегчая ход лапы в заглубленном положении. Лапа поднимает пласт и под него поступают жидкие удобрения. Идущий следом каток прикатывает и уплотняет почву, исключая испарение внесенного навоза.
Агрегат навешивается на трактор Т-150, либо «Кировец», ширина захвата 2,8 м, скорость передвижения до 6 км/час. Навоз к агрегату подается по шлангам. К недостаткам такого способа относится низкая производительность тракторного агрегата и высокая требовательность к качеству навоза. Правда, при разделении жидкой фракции от твердой на сепараторе, последнее опасение снимается.
Рис.6. Агрегат АВМ-Ф-2,8 навешенный на трактор «Кировец»
Получаемые в хозяйстве фракции навоза заметно отличаются между собой по химическому составу, прежде всего по наличию в них основных элементов питания на единицу физической массы (табл. 1).
Таблица 1. Химический состав и реакция свиного навоза получаемого в ОАО «Заволжское», числитель - % на сухую массу, знаменатель - кг/га физич. массы
Фракции навоза Влажность, % рНсол Содержится в сухой массе Зольность, % С N
N Р2 О5 К 2 О С - орган. вещ-ва
Исходный со свинокомплекса 98,3 8,20 3,83 0,65 4,04 0,69 6,30 1,07 37,10 24,07 9,9
Жидкая 98,6 8,07 4,42 0,62 3,95 0,55 9,24 1,29 35,10 29,97 7,9
Твердая 57,1 8,10 1,54 6,60 1,20 5,14 0,23 0,97 46,57 6,85 30,0
Реакция всех фракций практически одинакова, являясь слабо щелочной (рН 8,07-8,20). Из расчета на сухую массу в твердой фракции содержится гораздо меньше всех основных элементов питания растений (№К) и золы в целом.
Однако, при расчете на физическую массу в твердой фракции, по сравнению с жидкой, гораздо больше азота и фосфора, а калия меньше, поскольку калий слабо закрепляется органической частью навоза и переходит в жидкость. Также следует отметить узкое отношение С:К в исходном навозе и его жидкой фракции (7,9-9,9), тогда как в твердой оно возрастает до 30. Если такой навоз использовать в чистом виде, то не исключено, что потребуется дополнительное внесение минерального азота, для устранения мобилизации данного элемента из почвы интенсивно разлагающимися микроорганизмами.
В хозяйстве дозы внесения навоза составляют от 40 (твердой фракции) до 200 (жидкой фракции) т/га, в зависимости от потребности возделываемых культур в элементах питания. За основу берется содержание азота во вносимой фракции.
Считается, что безопасное количество его, которое не приводит к накоплению в получаемой растениеводческой продукции избытка нитратов, а также способно закрепиться в перегнойном слое почвы без миграции за его пределы, составляет N200.
Для своего земледелия и обеспечения органическими удобрениями занятых в хозяйстве работников, общая потребность в них составляет до 40 тыс. т. Остающиеся, примерно 30 тыс. т жидкой фракции, целесообразно задействовать для получения различных органических компостов (торфо-навозных, са-пропеле-навозных, опилочно-навозных и др.). В результате можно будет производить до 100 тыс. т экологически чистых удобрений, которые могут быть востребованы близлежащими коллективными хозяйствами, а также владельцами садово-огородных участков, которых в радиусе 15 км насчитывается несколько тысяч. Необходимыми для этого субстратами в виде торфа, сапропеля, опилок Тверская область весьма богата.
Большое количество органического сырья, в виде навозных стоков, получаемое на современных животноводческих комплексах требует новых подходов к его удалению со скотных дворов, переработке, хранению и утилизации в качестве удобрения. Все это осуществляется в ОАО племзавод «Заволжское». Используемая в хозяйстве технология содержания животных на щелевых полах, позволяет с минимальными затратами и без потерь собирать весь жидкий навоз и по системе трубопроводов направлять его на сепаратор, где он разделяется на твердую и жидкую фракции. В последующем твердая фракция доставляется на площадку, где проходит процесс ее обеззараживания и компостирования. Жидкая фракция насосами перекачивается в лагуны, из которых исключается ее фильтрация и после заданной санитарной выдержки в них используется в качестве удобрения посредством шланговых систем.
В хозяйстве внедрена современная сельскохозяйственная техника и технология по непосредственному внесению навоза на поля. Твердая фракция вно-
"5
сится больше объемными разбрасывателями (25 м ) и жидкая - внутрипочвен-но, что исключает потери элементов питания и прежде всего азота. Одновременно такая технология уменьшает затраты труда и денежных средств на внесение навоза, предотвращает загрязнение природной среды, снижает себестоимость получаемой растениеводческой продукции. Полная утилизация всего объема накапливаемого в хозяйстве жидкого навоза от свиней может быть достигнута при производстве с их участием различных компостов.
Литература:
1. Гогмачадзе, Г.Д. Агроэкологический мониторинг почв и ресурсов Российской Федерации / Г.Д. Гогмачадзе. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2010. - 592 с.
2. Васько, А.С. Агрохимическая характеристика нетрадиционных органических удобрений / А.С. Васько // Агроэкологические проблемы использования органических удобрений на основе отходов промышленного животноводства / ГНУ ВНИПТИОУ. - 2006. - С. 172-175.
3. Ковалев, Н.Г. Органические удобрения в XXI веке (Биоконверсия органического сырья) / Н.Г.Ковалев, И.Н.Барановский. - Тверь, 2006. - 304 с.
4. Терпигорев, А.А. Механизация внесения подготовленных животноводческих стоков КРС поверхностным поливом по бороздам / А.А. Терпигорев, А.М. Буцыкин, Л.П. Рева // Проблемы устойчивого развития мелиорации и рационального природопользования. - 2007. -Т.1. - С.364-371.
Ковалев Николай Георгиевич, академик Россельхозакадемии, директор
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиоративных земель Тел. (8482-22)37-85-46 E-mail: vniimz@list.ry
Барановский Иван Никитич, доктор с.-х. наук, профессор, заведующий кафедрой
Тверская государственная сельскохозяйственная академия
Тел. 8-960-71674
E-mail: baranovskiy-i@mail.ru
We consider the new technology of removing manure from pig waste, its processing with the division into factions, and their subsequent disinfection and use as fertilizer. Keywords: manure runoff, separator, liquid and solid fractions, the lagoon, making intra-soil.
УДК 631.95
ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА УТИЛИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОТХОДОВ
В.Н.Афанасьев А.В.Афанасьев
Даны результаты исслоедований технологий утилизации сельскохозяйственных отходов на основе их анализа и синтеза с их эколого-экономической оценкой, определены рациональные технологии для хозяйств Ленинградской области.
Ключевые слова: биологический оборот, органические удобрения, выбор технологий, ускоренное компостирование, ассоциация целлюлозолитических микроорганизмов, характеристика компостов.
Основой органической жизни является биологический оборот питательных веществ, в котором участвуют, как растения, так и животные. При этом растения под действием солнечной энергии разлагают углекислый газ атмосферы и поставляют в биологический оборот углерод, а в атмосферу кислород. Животные используют растения как корм, фиксируют азот и поставляют его затем в биоценоз почвы, который обеспечивает растения питанием, а в атмосферу поставляет углекислый газ.
Поэтому вопросы образования, переработки и использования отходов сельскохозяйственного производства, имеющих широкий диапазон объемов и свойств необходимо рассматривать как часть органической жизни на Земле.
Целью исследований является: определение наиболее рациональных технологий утилизации отходов сельскохозяйственного производства для Ленинградской области, включающих в себя три сложных, но самостоятельных процесса: производство, подготовку и непосредственно использование с пользой для сельского хозяйства.
