CC BY
72
УДК 574.22
О. Р. Ильясов1, С. Н. Кошелев2, А. М. Асонов3
УТИЛИЗАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ХОЗЯЙСТВ В ЗАМКНУТОЙ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ СИСТЕМЕ ГИДРОПОНИКУМА
1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «УРАЛЬСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ВЕТЕРИНАРНЫЙ ИНСТИТУТ РАСХН », ЕКАТЕРИНБУРГ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА» ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»,
ЕКАТЕРИНБУРГ
O. R. Iliasov1, S. N. Koshelev2, A. M. Asonov3 UTILIZATION OF SEWAGE FROM LIVE FARMING IN AQUICULTURAL CLOSE
HYDROPONIC SYSTEM
''STATE SCIENTIFIC INSTITUTION «URAL RESEARCH VETERINARY INSTITUTE OF RUSSIAN ACADEMY
OF AGRARIAN SCIENCES», EKATERINBURG 2FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV» 3FEDERAL STATE EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «URAL STATE UNIVERSITY
OF MEANS OF COMMUNICATION», EKATERINBURG
Аннотация. Многолетние исследования показали работоспособность технологии утилизации сточных вод при выращивании зеленого корма гидропонным методом не только на свинокомплексах, но и на комплексах крупного рогатого скота, а также птицефабрик.
Скармливание гидропонного корма, выращенного на навозо-содержащих сточных водах, оказывает положительное влияние на физиологическое состояние животных.
Ключевые слова: утилизация; сточные воды; гидропоника; оборотная система водоснабжения; навозосодержащие стоки.
Summary. Long-term researches showed the capacity of technology of sewage utilization in the time of green feed growing by hydroponic method not only in pig factory farms but also in cattle factory farms, and also poultry factories.
Feeding of hydroponic feed witch grown on manure-containing sewage makes positive influence on animals' physiological state.
Keywords: utilization; sewage; hydroponics; circulating water system; manure-containing sewage.
Олег Рашитович Ильясов
Oleg Rashitovich Ilyasov доктор биологических наук, профессор [email protected]
Сергей Николаевич Кошелев
Sergei Nikolayevich Koshelev доктор биологических наук, профессор [email protected]
Александр Михайлович Асонов
Aleksandr Mihailovich Asonov
доктор биологических наук, профессор
Введение. Практика ведения животноводства свидетельствует, что с переводом животноводства и птицеводства на промышленную основу, т. е. со строительством крупных животноводческих и птицеводческих комплексов и ферм, произошло резкое увеличение нагрузки на биосферу как в зоне деятельности животноводческих и птицеводческих предприятий, так и на значитель-
ном расстоянии от последних. Их интенсивное негативное воздействие на экосистему приводит к изменению сложившихся закономерностей в окружающей среде, нарушению природного цикла «загрязнение - самоочищение» [1].
Одна из главных причин дестабилизации экологической обстановки вокруг животноводческих и птицеводческих хозяйств - это широкое использование ре-сурсозатратных и экологически нерациональных процессов производства продукции и технологий подготовки, переработки и утилизации отходов животноводства и птицеводства (навоз, помет и сточные воды) [2; 3].
Санитарно-гигиеническая оценка современных технологий утилизации навоза и сточных вод свидетельствует, что в настоящее время они не обеспечивают защиты окружающей среды от химического и бактериального загрязнения.
Материалы и методы исследований. В работе использованы методы полевых, лабораторных, теоретических методов исследований; комплексный экосистем-ный подход к анализу полученных результатов, методы математической обработки результатов, обобщение полученных результатов графоаналитическим методом. Задачей данного этапа исследований являлась проверка работоспособности бессточной системы подготовки и утилизации сточных вод в гидропоникуме в непрерывном режиме. Интерес представляла работа гидропони-кума по замкнутой схеме в трех аспектах: возможность поддержания концентрации зольных элементов в резервуаре гидропоникума на постоянном уровне, получение запланированных урожаев и определение водопотре-
бления сточных вод птицефабрики и животноводческих предприятий злаковыми культурами.
Установка работала по технологической схеме с соблюдением рекомендуемого регламента выращивания гидропонного корма.
В технологическую схему входили приемный резервуар сточных вод, вращающийся трубчатый биофильтр, отстойник, термообеззараживающая установка, резервуары гидропоникума сточной и водопроводной воды, растильные ванны. Собранный зеленый корм высушивали и скармливали опытным группам птиц и животных.
Результаты исследований. На основе исследований [4-7] нами разработана принципиально новая технология подготовки и утилизации высококонцентрированных навозосодержащих стоков. Оригинальность технологии защищена патентом на изобретение.
На рисунке 1 представлена технология подготовки и использования сточных вод свинокомплекса в цехе зеленых кормов (ЦЗК).
7 у>/А/А
4
/ 8 5 6 14
1 - приемный бак-отстойник навозных стоков; 2 - обеззараживающая установка; 3 - приемный бак-отстойник хозяйственно-бытовых стоков; 4 - биостабилизатор навозосодержащих сточных вод; 5 - загрузка; 6 - перфорированные трубы; 7 - воздуходувка; 8 - насосы; 9 - запорная арматура; 10 - растильные ванны; 11 - центрифуга; 12 - наклонный транспортер; 13 - транспортное средство; 14 - биостабилизатор хозбытовых сточных вод; 15 - бункеры для проращивания зерна; 16 - гидрозернопровод
Рисунок 1 - Технологическая схема подготовки и утилизации сточных вод в цехе зеленых кормов
Хозбытовые сточные воды используются в ЦЗК в качестве питательного субстрата для проращивания зерна. Цикл проращивания составляет 4 суток. Навоз-осодержащие сточные воды используются в ЦЗК в ка-
честве питательного субстрата при выращивании зеленого гидропонного корма. Цикл выращивания - 8 суток.
Навозосодержащие и хозбытовые сточные воды мобильным транспортом или по напорным трубопро-
1
8
водам доставляются соответственно в приемные баки-отстойники 1 и 3 цеха зеленых кормов.
Стоки из приемных баков-отстойников насосами 8 последовательно подаются на обеззараживающую пароструйную установку 2, из которой под остаточным напором через теплообменники, установленные в баках 1 и 3, направляются в биостабилизаторы 4 или 14. Биостабилизаторы, представляющие собой биотенки, оборудованы загрузкой 5, предназначенной для образования и удержания на своей поверхности активной биопленки. Кроме того, они оборудованы перфорированными трубами 6, через которые от воздуходувки 7 в межполивной период подается воздух.
Сточные воды периодически с помощью насосов 8 и запорной аппаратуры 9 подаются из стабилизаторов в растильные ванны 10 для орошения зеленого корма, а затем самотеком сливаются обратно. После окончания полива утилизированная растениями вода восполняется поступившей вновь из отстойников 1 или 3. Выпавший в отстойниках осадок периодически насосами подается для механического обезвоживания на центрифугу 11, а обезвоженный осадок по транспортеру 12 в транспортные средства 13 для доставки на биотермическое обеззараживание в буртах. Центрифугат возвращается в приемные баки 1 или 3.
На рисунке 2 показана технология проращивания, выращивания и уборки зеленого корма.
1 - завальная яма; 2 - нория; 3 - бункеры для проращивания зерна; 4 - гидрозернопровод; 5 - растильные ванны; 6 - скреперная установка; 7 - поперечный канал; 8 - измельчитель ИГК-30Б; 9 - кормоприемник-питатель КП-10; 10 - кормоизмель-читель «Волгарь-5А»; 11 - транспортер ТС-40С; 12 - кормораздатчик
Рисунок 2 - Технологическая схема выращивания и переработки зеленого гидропонного корма
Зерно, предназначенное для выращивания зеленого корма, доставляется к ЦЗК автотранспортом и вываливается в завальную яму 1. С помощью нории 2 суточная порция зерна загружается в бункера 3 для проращивания зерна. При этом используется хозбытовая сточная вода из биостабилизатора 14 (рисунок 1). Орошение зерна в бункере 3 осуществляется сверху, а отвод лишней жидкости - снизу. При этом отводимая жидкость самотеком направляется снова в биостабилизатор 14 через растильную ванну, на которой производится орошение хозбытовой водой. Продолжительность проращивания зерна в бункере - 2 суток. После этого оно переносится по гидрозернопроводу 4 на рас-тильные ванны 5. Раскладка зерна на растильную ванну 5 осуществляется с помощью скреперной установки УС-15, у которой вместо скребков установлен скрепер (Установка для выгрузки и загрузки навоза по типу УВН-800). Процесс проращивания зерна продолжает-
ся на растильных ваннах в течение двух суток. Подача воды в растильные ванны осуществляется снизу, орошение - методом затопления.
На пятые сутки проросшее на растильных ваннах зерно начинают орошать навозосодержащими стоками из биостабилизатора 4 методом затопления. Неиспользованная растениями вода самотеком сливается обратно в биостабилизатор 4. Выращивание продолжается 8 суток. По окончании выращивания зеленый корм убирается с помощью модернизированной скреперной установки 6 в центральный поперечный канал 7, а из него скреперной установкой (УС-10) переносится на горизонтальный транспортер измельчения 8 (ИГК-ЗОБ). Из измельчителя корм подается в бункер кормоприемника-питателя 9 (КП-10). С помощью КП-10 корм подается в кормоизмельчитель 10 «Волгарь-5А», а из него по транспортеру 11 (ТС-40С) - в кормораздатчик 12.
Таблица 1 - Основные технологические параметры выращивания зеленых кормов в гидропоникуме (ЦЗЛК)
Злаковая культура Ячмень, овес
Плотность посадки, кг/кв. м 2,5 - 3,0
Твердый субстрат (только для КРС), м2 Солома (1 кг/ кв. м, размер резки 20-30 мм)
Цикл выращивания, сут. в том числе: - проращивание в бункерах - проращивание на растильных ваннах - выращивание на растильных ваннах 12 2 2 8
Жидкость для проращивания Очищенные хозбытовые сточные воды с очистных сооружений комплекса
Жидкость для выращивания (питательный субстрат) Навозосодержащие сточные воды после отстаивания, термообработки и биостабилизации
Температура воздуха в гидропоникуме, °С, днем ночью 18 - 20 13 - 15
Относительная влажность в гидропоникуме, % 65 - 75
Скорость движения воздуха в зоне растильных ванн, м/с 0,1 - 0,4
Освещение в период проращивания Не требуется
Освещение в период выращивания, люкс Искусственное, 3000; естественное при застекленной крыше
Посадка зерна и сбор урожая Ежедневно
Способ орошения: - в бункерах - на растильных ваннах Сверху, дождевание Затопление корневой системы
Периодичность орошения 2 раза в сутки
Размещение растильных ванн Одноярусное
Количество утилизируемой жидкости, л/кв. м/сут при проращивании при выращивании 3 - 4 6 - 8
Урожай зеленого корма, кг/кв. м Не менее 20
Сравнительные данные качества кормов представлены в таблице 2.
Требуемое качество питательного субстрата обеспечивается биохимической очисткой сточных вод с помощью активной биопленки в биостабилизаторе, корневой системой в растильных ваннах и разбавлением в необходимых случаях высокоминерализованных навозо-содержащих сточных вод маломинерализованными хоз-бытовыми.
Многолетние исследования на лабораторных установках и трехлетняя эксплуатация опытно-производственной установки показали работоспособность рекомендуемой технологии утилизации сточных вод при выращивании зеленого корма гидропонным методом не только на свинокомплексах, но и на комплексах КРС, а также птицефабрик.
Технология подготовки и утилизации жидкой фракции навоза в производственных условиях проверялась на опытно-производственной установке комплекса КРС ОПХ «Свердловское».
Разделение навоза на твердую и жидкую фракции осуществлялось в навозоудаляющем канале с ложным днищем. После разделения жидкая фракция навоза смешивалась с производственными и хозяйственно-бытовыми водами до концентрации зольных элементов 5-6 г/л. Концентрация аммонийного азота составляла 2-3 г/л, что вызывало необходимость биологической подготовки навозосодержащих сточных вод. Поэтому после отстаивания сточные воды проходили кондиционирование в трубчатом вращающемся биофильтре, где снималась основная масса органических загрязнений, а также снижалось содержание аммонийного азота до нужной концентрации.
Таблица 2 - Качество кормов
Показатели Вид корма
гидропонный корм (свежий) комбикорм, разбавленный водой в соотношении 1:3
Влажность, % 85 80
Сырой протеин, г/кг 35,0 33,0
Жир, г/кг 6,0 9,5
Клетчатка, г/кг 33,0 21,0
Сахар, г/кг 10,5 9,0
Крахмал, г/кг Отсутствует 75,0
Зола, г/кг 12,0 1,2
Фосфор, г/кг 0,67 1,7
Белок, г/кг 3,45 5,0
Каротин, мг/кг 10,5 Отсутствует
Натрий, мг/кг 105,0 50,0
Железо, мг/кг 30,0 17,07
Медь, мг/кг 0,3 0,9
Цинк, мг/кг 4,5 13,5
Марганец, мг/кг 9,7 8,2
Витамин С, мг/кг 9,0 1,7
Витамин В2. мг/кг 1,05 0,7
Витамин Е1, мг/кг 9,0 2,5
Биологически подготовленные сточные воды обеззараживались на пароструйной установке, разработанной Всесоюзным научно-исследовательским институтом ветеринарии и санитарной микробиологии (ВНИИ-ВиСМ). Обеззараженные сточные воды поступали в приемную емкость гидропоникума и использовались в качестве питательного субстрата для выращивания зеленого корма. Посадочным материалом служило зерно ячменя,
идущее на фуражные цели. Замачивание и проращивание зерна осуществлялось на водопроводной воде.
Выращенный на навозосодержащих сточных водах зеленый корм скармливался опытной группе коров.
Усредненные данные по изменению химического состава питательного субстрата с предельно допустимым содержанием зольных элементов и аммонийного азота приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Изменение химического состава питательного субстрата
Место отбора проб рН Сухой остаток, г/л Зольность, г/л М-МН4+, мг/л к, мг/л
Первичный отстойник 8,3 9,9 5,8 2500 2370
Биофильтр 8,6 7,8 5,9 890 2420
Обеззараживатель 8,6 7,8 5,9 885 2420
Усреднитель обеззараженных сточных вод (резервуар гидропоникума) 7,5 7,3 5,7 420 2370
Активная реакция питательного субстрата после подготовки навозосодержащих сточных вод на биофильтре и в обеззараживателе находилось в пределах 8,3-8,6. Ре-
зультаты исследований показывают, что после использования питательного субстрата на орошение растений и возврата его в бак-усреднитель рН снижается до 7,5.
Зольность сточных вод в усреднителе также стабилизируется и остается на уровне 5,7 г/л, содержание калия не изменяется.
Концентрация азота аммонийного устанавливается на уровне рекомендуемой и не превышает 500 мг/л. Отрицательного влияния питательного субстрата из навоз-осодержащих сточных вод с высоким содержанием био-
Из таблицы видно, что при закладке на один квадратный метр растильной ванны 3 кг зерна и урожае из него 20 кг зеленого корма, питательная ценность последнего практически равна ценности зерна, а его витаминная составляющая на порядок выше.
Гидропонный корм скармливали двенадцати лак-тирующим коровам черно-пестрой породы. Животных распределяли по принципу аналогов (с учетом возраста, живой массы, продуктивности) на две группы по шесть голов в каждой. Первая группа контрольная, вторая опытная.
В рационе опытной группы те же корма, что и в контрольной, но часть силоса заменяли гидропонным кормом в количестве 8 кг/сут. на голову.
Удой и жирность молока определяли индивидуально от каждой коровы раз в месяц на основании контрольных доек, а по группам - ежедневно. Кроме продуктивности изучали биохимический состав крови, которая отбиралась раз в десять дней на следующие пока-
Список литературы
1 Судаков В. Г., Ильясов О. Р. Поверхностные стоки птицеводческих предприятий // Ветеринария. - 2004. - № 10. - С. 39-42.
2 Завьялов С. В., Таранов А. С., Кошелев С. Н. Сформировать принципиально новую отрасль // Твердые бытовые отходы. - 2015. - № 4 (106). - С. 50-53.
3 Ильиных А. В., Кошелев С. Н. Оценка агроэколо-гической ситуации при техногенном загрязнении агроэ-косистем // Приоритетные направления развития АПК : Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию Великой Победы (2324 апреля 2015 г.) - Курган : Изд-во Курганской ГСХА, 2015. - С. 508-510.
генов на водопотребление растений, урожайность и качество зеленого корма не отмечалось.
В таблице 4 приведены усредненные данные эффективности использования фуражного зерна на производство зеленого гидропонного корма в процессе утилизации навозосодержащих сточных вод.
затели: щелочной резерв, общий белок, каротин, кальций, витамин А, сахар.
Скармливание гидропонного корма, выращенного на навозосодержащих сточных водах, не оказало отрицательного влияния на физиологическое состояние животных.
Отмечено положительное влияние зеленого корма на продуктивность коров. Среднесуточный удой в пересчете на 4-процентную жирность по контрольной группе составил 14,5 кг на корову, а по опытной группе - 15,3 кг.
Таким образом, внедрение разработанной новой технологии замкнутой системы водоснабжения позволяет не только утилизировать производственные сточные воды на животноводческих и птицеводческих хозяйствах, но и выращивать витаминные зеленые корма на гидропонике. Скармливание гидропонного корма, выращенного на навозосодержащих сточных водах, оказывает положительное влияние на физиологическое состояние животных.
4 Асонов А. М., Ильясов О. Р. Водные ресурсы и проблема поверхностного стока // Транспорт Урала.
- 2004. - № 2. - С. 20-30.
5 Современные методы утилизации навозсодер-жащих и сточных вод / О. П. Неверова, О. Р. Ильясов, Г. В. Зуева [и др.] // Аграрный вестник Урала. - 2015.
- № 1 (131). - С. 86-90.
6 Ильясов О. Р. Биозащита водоисточников на сельскохозяйственных водосборах от загрязнения стоками птицеводческих предприятий : автореф. дисс. ... докт. биол. наук. - Екатеринбург, 2004.
7 Судаков В. Г., Ильясов О. Р. Очистка пометсодер-жащих стоков птицеводческих комплексов // Зоотехния.
- 2005. - № 6. - С. 27-30.
Таблица 4 - Эффективность использования зерна на зеленый корм
Семена, зеленый корм, кг/кв. м Сырой протеин, г/кв. м Сырая зола, г/кв. м Сырая клетчатка, г/кв. м Сахар, г/кв. м Калий, г/кв. м Фосфор, г/кв. м Каротин, мг/кв. м Витамин С, г/кв. м Витамин Е, г/кв. м
Зерно, 3 390 87 264 105 17,4 9,6 Отс. 25,0 42,0
Зеленый корм, 20 400 180 360 80 60 8 80 230 240,0
