Современные технологические процессы утилизации навоза крупного рогатого скота

УДК 631.86:574

В. В. Мирошникова, М. А. Мирошников

Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета, Зерноград, Российская Федерация

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ УТИЛИЗАЦИИ НАВОЗА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА

Целью работы являлся обзор существующих технологий утилизации навоза крупного рогатого скота и разработка технологии переработки навоза в высококачественные концентрированные органические удобрения. При анализе существующих технологий утилизации навоза крупного рогатого скота выявлены такие их недостатки, как создание очагов загрязнения окружающей среды и низкая экономическая эффективность. Разработана экологически безопасная низкозатратная энергосберегающая технология переработки подстилочного и полужидкого навоза крупного рогатого скота в концентрированные твердые и жидкие высококачественные органические удобрения методом ускоренного микробиологического компостирования. Принципиальную основу компоста составляют искусственные микроскопические системы центров почвообразования, активность которых гарантированно сохраняется в почвенной среде на протяжении 30 лет в лабораторных экспериментах и 5 лет в полевых условиях. Определяющим компонентом в процессе ускоренного компостирования является а-добавка, которая за счет нагрева массы до 70 °С способствует ускорению процесса компостирования, обеззараживанию массы, уничтожению семян сорной растительности. Разработанная технология была реализована на фермах крупного рогатого скота с замкнутым циклом производства сельскохозяйственного производственного кооператива (колхоза) «Колос» Матвеево-Курганского района Ростовской области, что позволило значительно повысить рентабельность отрасли растениеводства в данном производственном кооперативе. При применении полученных по разработанной технологии удобрений рентабельность производства ярового ячменя, подсолнечника, озимой пшеницы, кукурузы на зерно увеличилась при применении твердых концентрированных органических удобрений на 22,1 % и составила 121,4 %, при применении жидких концентрированных органических удобрений - на 47,4 % и составила 146,8 %.

Ключевые слова: навоз, крупный рогатый скот, ферма, экология, компостирование, органические удобрения, плодородие.

V. V. Miroshnikova, M. A. Miroshnikov

Azov-Black Sea Engineering Institute of Don State Agrarian University, Zernograd, Russian Federation

UP-TO-DATE TECHNOLOGICAL PROCESSES FOR CATTLE

MANURE UTILIZATION

The aim of study is to review existing technologies for cattle manure utilization and develop technology for recycling manure in high quality concentrated organic fertilizer. Analyzing existing technologies for cattle manure utilization we revealed such limitations as pollution of the environment and low economic efficiency. Ecological safe low cost energy saving technology for recycling solid and semi liquid cattle manure into high quality concentrated organic fertilizer using the method of accelerated microbiological composting is developed. The base of the compost is the artificial microscopic systems of soil forming centers,

which activity preserves in soils for 30 years in laboratory conditions and for 5 years in field conditions. During accelerated composting, the key role belongs to a-addition, which heating manure mass up to 70 °С accelerating the composting, decontaminating and terminating weed seeds. The developed technology was applied at the closed cycle cattle farms of agricultural production at the cooperative "Kolos", Matveyev Kurgan district, the Rostov region, what enables to increase profitability of plant growing at that cooperative. Applying of the fertilizers made by the developed technology increased the profitability of spring barley, sunflower, winter wheat, and corn for grain. Applying solid concentrated organic fertilizers increased the profitability by 22.1 % (the profitability was 121.4 %) and applying liquid concentrated organic fertilizers increased the profitability by 47.4 % (the profitability was 146.8 %).

Keywords: manure, cattle, farm, ecology, composting, organic fertilizers, soil fertility.

Проблема рационального использования навоза как удобрения для сельхозкультур, обеспечивающего сохранение почвенного плодородия при одновременном соблюдении требований защиты окружающей среды от загрязнений, имеет важное природно-хозяйственное значение.

В последние годы на юге России наметилась тенденция восстановления промышленного производства крупного рогатого скота (КРС) в рамках реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК». В связи с этим сельскохозяйственные предприятия, специализирующиеся на животноводстве, сталкиваются с проблемой переработки навоза.

При содержании крупного рогатого скота навоз скапливается на фермах в большом количестве. По существующей технологии весь этот навоз просто складывался в бурты, а после того как перегнивал, вывозился на поля. Использование навоза в качестве органического удобрения является необходимой предпосылкой для интенсивного земледелия. Удобрительная ценность навоза КРС представлена в таблице 1 [1, 2].

Таблица 1 - Удобрительная ценность навоза КРС

Вид навоза Влажность, % Содержание в 1 т, кг

органические вещества N P2O5 К2О

Навоз КРС подстилочный 75 210 5,0 2,5 6,0

Навоз КРС полужидкий 86 130 3,0 1,2 3,3

Однако навоз КРС имеет и ряд недостатков. Часто он бывает заражен гельминтами и прочими личинками насекомых, имеет большую влажность и массу и вывозить его на поля далее 4-5 километров нерентабельно. Кон-

центрация больших объемов навоза на ограниченной территории создает опасные очаги загрязнения окружающей среды. Следовательно, навоз КРС, с одной стороны, является источником повышения почвенного плодородия, с другой - источником загрязнения окружающей среды.

Эффективное решение данной проблемы предусматривает системный подход, включающий рассмотрение во взаимосвязи следующих производственных операций: удаление навоза из помещений, его транспортирование и переработка, хранение и использование продуктов переработки.

Типичными представителями промышленного производства мясомолочной продукции Ростовской области являются сельскохозяйственный производственный кооператив (СПК) (колхоз) им. С. Г. Шаумяна Мясниковского района и СПК (колхоз) «Колос» Матвеево-Курганского района. Основным направлением развития животноводства этих предприятий традиционно является выращивание мясомолочных пород КРС. Анализ системы накопления и переработки навоза этих предприятий показывает, что она не имеет конечного технологического решения: навозохранилища не имеют изоляции от попадания жидкой фазы навоза в грунтовые воды, отсутствуют решения по обеззараживанию навоза и производству из него высококачественных органических удобрений. Общее поголовье фермы СПК (колхоза) «Колос» Матвеево-Курганского района составляет 1296 голов. Годовой выход полужидкого навоза составляет 17447 тонн, подстилочного (твердого) - 6884 тонн. Площадь пашни хозяйства составляет около 5 тыс. га. В среднем на 1 га производится 4,86 т навоза [3, 4].

Количество подстилочного навоза во многом зависит от способов содержания животных. К наиболее распространенным технологиям в Южном федеральном округе относится производство навоза на выгульных дворах, в стойлах при привязном содержании животных, в секциях с групповым их содержанием на глубокой подстилке. Общий выход подстилочного навоза на выгульных площадках определяется выходом экскрементов, принимае-

мым в среднем в размере 15 % от суточного объема на голову скота, и расходом подстилочных материалов (с учетом остатков грубых кормов).

При получении на ферме твердого подстилочного навоза важным элементом является его хранение. От условий и способов хранения зависят химический состав и качество производимых органических удобрений, эффективность их применения, ветеринарно-санитарное состояние территории ферм и расположенных вблизи населенных пунктов.

Существует три способа хранения навоза - горячий (рыхлый), холодный (плотный) и горячепрессованный. Первым способом предусматривается укладка навоза в узкие, не шире 2-3 м, бурты; вторым - плотная укладка увлажненного навоза в бурт шириной не менее 5 м и высотой до 2 м; третьим - укладка слоем 0,8-1,0 м с последующим уплотнением каждого слоя после повышения температуры в бурте до 55-60 °С. При этом в бурт кладут не менее 3-4 слоев навоза высотой не менее 2 м.

В таблице 2 представлен состав навоза на соломенной подстилке при различных способах хранения. При холодном способе хранения в несколько раз сокращаются потери азота и органического вещества. При этом азот остается в более подвижной и доступной для растений аммиачной форме [5].

Таблица 2 - Состав навоза при хранении в течение 4 месяцев

В процентах

Химический состав Способ хранения

холодный горячепрессованный рыхлый

Вода 75,7 77,7 77,9

Азот: общий 0,61 0,66 0,71

белковый 0,37 0,60 0,51

аммиачный 0,23 0,15 0,18

Фосфор 0,39 0,43 0,48

Калий 0,42 0,48 0,52

Кальций 0,18 0,24 0,22

Органические вещества 21,7 18,7 18,4

При аэробных способах хранения навоза происходят большие потери органического вещества и азота (таблица 3) [3, 4].

К недостаткам анаэробного (плотной укладки) способа хранения на-

воза нужно отнести слабую гибель в нем семян сорняков. Поэтому в производственных условиях целесообразно применять горячепрессованный способ хранения навоза.

Таблица 3 - Средние потери органического вещества и азота при хранении навоза в течение 4 месяцев

В процентах

Способ хранения навоза Потери органического вещества Потери азота

Горячий 32,6 31,4

Горячепрессованный 24,6 21,6

Холодный 12,2 10,7

Для хранения подстилочного навоза предусматриваются незаглуб-ленные водонепроницаемые площадки или хранилища глубиной 1,5-2,0 м.

На фермах в связи с принятыми технологиями содержания животных производится полужидкий и подстилочный навоз с влажностью от 75 до 92 %. Подстилочный навоз после накопления и хранения вносится на поле с дозами 40-60 т/га.

Количество хранилищ для хранения твердого навоза должно быть не менее двух. Объем хранилища следует принимать из расчета 450 т на 100 голов КРС живой массой 500 кг. Основными недостатками этой технологии хранения являются следующие:

- высокая стоимость строительной части навозохранилищ;

- засоренность бурта навоза семенами сорной растительности.

Актуальной проблемой современного сельскохозяйственного производства является использование на удобрение бесподстилочного полужидкого навоза. Технология переработки и использования полужидкого навоза заключается в следующем. Полужидкий навоз накапливается в навозохранилищах, где выдерживается не менее 6 месяцев с целью биотермического обеззараживания. Навозохранилища в СПК (колхозе) «Колос» Матвеево-Курганского района для полужидкого навоза представляют собой земляные лагуны глубиной до 3 м (рисунки 1, 2). Отсутствие изоляционного слоя

в навозохранилище способствует проникновению в грунт патогенной микрофлоры, находящейся в свежем навозе [4].

Рисунок 1 - Фрагмент навозохранилища, заполненного полужидким навозом

Рисунок 2 - Фрагмент навозохранилища полужидкого навоза с насосной станцией

По своей структуре (влажность 86-92 %) полужидкий навоз представляет сложную суспензию, слабо поддающуюся расслоению, образуя при хранении замкнутые объемы жидкой фракции влажностью более 94 % и твердой фракции влажностью менее 80 %. В процессе выгрузки из навозохранилища требуется доведение полужидкого навоза до однородной консистенции путем его тщательного перемешивания, что приводит к значительным материальным затратам.

Посредством насосной станции в СПК (колхозе) «Колос» Матвеево-

Курганского района (рисунок 2) откачивается жидкая фракция, и в навозохранилище остается значительный объем твердого остатка полужидкого навоза, отдельная выгрузка которого представляет определенные трудности (рисунок 3).

Рисунок 3 - Общий вид твердого остатка полужидкого навоза после откачки жидкой фракции

Жидкая часть навоза закачивается в технологическую машину и вносится на поле дозами 60-80 т/га.

Схема технологического процесса производства и использования указанных видов навоза представлена на рисунке 4 [4].

Основными недостатками указанной технологии является высокая энергоемкость процесса, значительные затраты горюче-смазочных материалов, низкая эффективность использования удобрений.

Несмотря на имеющиеся исследования по данной проблеме в России и за рубежом, до сих пор требуют доработки технологии производства и внесения высококачественных органических удобрений из навоза КРС.

В связи с этим учеными Азово-Черноморского инженерного института, при участии автора, была разработана технология переработки навоза КРС в высококачественные органические удобрения на основе ускоренного микробиологического компостирования. Разработанная технология была апробирована и внедрена в СПК (колхозе) им. С. Г. Шаумяна Мясниковского района и СПК (колхозе) «Колос» Матвеево-Курганского района [3, 4].

I_

Стационарная

Рисунок 4 - Схема технологического процесса производства и использования органических удобрений на основе подстилочного и полужидкого навоза

Альтернативным способом полной переработки навоза КРС является получение из него высококачественного концентрированного органического удобрения (КОУ) на основе новейших достижений в области микробиологии и генезиса почв, автором которых является кандидат биологических наук П. И. Короленко [5, 6].

Принципиальную основу компоста составляют микроскопические системы центров почвообразования (ЦПО), придающие ему уникальные свойства. Микросистема ЦПО представляет собой динамически равновесное полифункциональное надмолекулярное гетерогенное образование.

При помощи уникальных свойств компоста можно получать самую низкую по себестоимости сельхозпродукцию. Это обусловлено тем, что высокая активность искусственных ЦПО сохраняется в почвенной среде на протяжении нескольких лет (в лабораторных экспериментах с 1983 года и до настоящего времени, а в полевых условия уже пять лет). Именно это и служит гарантией высоких удобрительных и почвообразовательных эффектов компоста впоследствии.

На основании вышеизложенного разработана принципиально новая технология переработки навоза в высококачественные КОУ, которая предусматривает производство из навоза КРС высококачественных концентрированных органических удобрений методом ускоренного компостирования. Данный метод предусматривает использование как навоза из навозохранилища, так и переработку свежего навоза от животноводческих помещений. Это позволяет значительно снизить нагрузку на навозохранилища и улучшить экологию за счет значительного уменьшения объемов хранения навоза [3, 4]. Технологический процесс переработки навоза представлен на рисунке 5.

Технологической схемой переработки навоза предусмотрено наличие площадки с твердым покрытием, оснащенной системой подачи воздуха через воздуховоды. Воздуховоды располагаются по оси основания бурта (рисунок 6). На площадку укладывается слой свежего навоза высотой до 50 см. На слой навоза равномерно наносится а-добавка с дозой 40-50 кг/м перерабатываемого продукта. Указанная масса перемешивается самоходным ворошителем буртов с интервалом 12 часов. После первых двух перемешиваний на компостную смесь укладывается новый слой свежего навоза таким образом, чтобы общая высота бурта не превышала 1,5 м. На сформированный бурт вносится дополнительно а-добавка с указанной выше дозой и далее производится операция перемешивания смеси с интервалом 12 часов в течение 3-х суток.

Рисунок 5 - Алгоритм технологического процесса производства КОУ методом ускоренного компостирования на основе навоза КРС

Рисунок 6 - Общий вид расположения буртов на участке компостирования

При этом ширина бурта зависит от рабочей ширины самоходного ворошителя буртов (2,5 м). Длина бурта ограничивается наличием свободной площадки. Определяющим компонентом в процессе ускоренного компостирования является а-добавка, которая способствует ускорению процесса компостирования: масса быстро нагревается до 70 °С, благодаря чему обеззараживается, уничтожаются семена сорной растительности. Для ускорения процесса биоферментации в навозный бурт периодически подается воздух, что обеспечивает повышение эффективности протекания аэробного процесса [1, 2].

Интенсивное перемешивание бурта с одновременной подачей воздуха обеспечивает полное его обеззараживание, и полученное КОУ может использоваться в системах производства экологически чистой продукции.

По истечении 3-х суток готовое КОУ подается на технологическую линию для его гранулирования и фасовки. При выгрузке готового компоста часть бурта высотой 40-50 см целесообразно оставлять на месте и на него укладывать слой свежего навоза. Далее цикл повторяется.

Принципиальная технологическая схема системы переработки навоза в концентрированное органическое удобрение представлена на рисунке 7 [3].

КОУ можно гранулировать или в пылевидном состоянии подавать на фасовку. Готовый продукт (в гранулируемой или пылевидной формах) фасуется в тару массой 1 т и подается на склад готовой продукции или вносится на поле.

Полученные КОУ в пылевидной или гранулированной форме могут храниться в расфасованном виде (мешки массой от 35 до 1000 кг) и россыпью в буртах. Хранение производится в полузакрытых или закрытых помещениях, исключающих попадание влаги и солнечного света [3].

Предусматривается также технология производства КОУ на основе полужидкого навоза (рисунок 8). Данный технологический процесс основывается на откачке фекальными насосами из навозохранилища жидкой

фракции навоза, ее доставке к растворному узлу, представляющему собой емкость-накопитель с фекальным насосом и системами подачи а-добавки, гидравлического перемешивания смеси и ее выгрузки в транспортно-технологическую машину.

ПН от фермы

Н - навоз влажностью менее 86 %; ПН - полужидкий навоз влажностью более 86 %;

К - кислород

Рисунок 7 - Принципиальная технологическая схема переработки навоза

Рисунок 8 - Алгоритм процесса производства жидких КОУ на основе полужидкого навоза КРС

Жидкое КОУ можно вносить поверхностно на поле с последующей заделкой в почву на глубину до 15 см или внутрипочвенно на глубину до 25 см. Рабочий процесс внесения жидких КОУ в СПК (колхозе) «Колос» Матвеево-Курганского района показан на рисунке 9.

Рисунок 9 - Рабочий процесс внесения жидких КОУ

Ускоренное компостирование может осуществляться без дорогостоящего специального оборудования на специально выделенных площадках под навесом в течение 5-7 дней. На этапе компостирования уничтожается болезнетворная микрофлора, яйца гельминтов. Отличительной особенностью КОУ от других видов удобрений является наличие в них высокой концентрации питательных элементов (азота, фосфора, калия, органического вещества), экологическая безопасность (отсутствие тяжелых металлов, пестицидов), малые дозы внесения (от 0,5 до 10 т/га) [4, 6, 7].

Основными критериями оценки экологической безопасности использования органических удобрений являются их воздействие на плодородие почв, качество сельскохозяйственной продукции, уровень загрязнения воздуха, воды, земли, засоренность полей, фитосанитарное состояние посевов, здоровье населения и животных (таблица 4).

Таблица 4 - Экологическая оценка влияния различных видов

органических удобрений на состояние окружающей среды

Вид влияния Степень влияния

Бесподсти- Твердое органиче-

лочный навоз ское удобрение

Жидкое ОУ Полужидкое ОУ Жидкое КОУ На основе подстилочного навоза Компосты У о К

Загрязнение почвы св зв во нв нв во

Загрязнение воды св зв нв нв нв нв

Загрязнение воздуха св зв во нв нв во

Деградация органического вещества почвы св зв во во во во

Ухудшение фитосанитарного состояния посевов св зв во св зв во

Увеличение засоренности полей зв зв св зв

Снижение качества сельскохозяйственной про- св зв во нв нв во

дукции

Увеличение уровня заболеваемости населения, св зв во нв нв во

животных

Примечание - во - влияние отсутствует; нв - незначительное влияние; зв -

значительное влияние; св - сильное влияние.

Из данных таблицы 4 видно, что наименьшее влияние на окружающую среду оказывает концентрированное органическое удобрение, наибольшее - полужидкое.

Наличие навозохранилища на фермах замкнутого цикла позволяет осуществлять сбор отходов животноводства у населения, что может улучшить экологическую обстановку в сельских населенных пунктах.

Разработанные и внедренные новые перспективные технологии переработки подстилочного (6884 т/год) и полужидкого (17447 т/год) навоза КРС в концентрированные твердые и жидкие высококачественные органические удобрения методом ускоренного компостирования позволили значительно поднять рентабельность отрасли растениеводства в СПК (колхозе) «Колос». При применении твердых КОУ рентабельность производства ярового ячменя, озимой пшеницы, подсолнечника, кукурузы на зерно увеличилась на 22,1 % и составила 121,4 %, при применении жидких КОУ рентабельность выросла на 47,4 % и составила 146,8 %.

Основой высокой рентабельности производства зерновых культур с применением КОУ является активное воздействие находящихся в них центров почвообразования на продукционный слой почвы, которое способствует восстановлению и развитию множества необходимых форм жизни непосредственно в почве. Таким образом, при помощи новой технологической системы переработки и использования навоза КРС решаются некоторые из основных проблем сельского хозяйства - повышение урожайности сельскохозяйственных культур, сохранение плодородия почвы за счет поддержания положительного баланса гумуса, улучшение экологического состояния окружающей среды.

Список использованных источников

1 Бондаренко, А. М. Механизация процессов переработки навоза животноводческих предприятий в высококачественные органические удобрения: монография / А. М. Бондаренко, В. П. Забродин, В. Н. Курочкин. - Зерноград: АЧГАА, 2010. - 184 с.

2 Бондаренко, А. М. Механико-технологические основы процессов производства и использования высококачественных органических удобрений: монография / А. М. Бондаренко. - Зерноград, 2001. - 290 с.

3 Переработка навоза крупного рогатого скота в высококачественные органические удобрения в СПК (колхоз) им. С. Г. Шаумяна, Мясниковского района Ростовской области: отчет о НИР (заключ.): договор № 309 от 11 июня 2012 г. / ФГБОУ ВПО АЧГАА. - Зерноград, 2012. - 113 с. - Исполн.: Бондаренко А. М., Рева А. Ф., Мирош-никова В. В.

4 Переработка навоза крупного рогатого скота в высококачественные органические удобрения в СПК (колхоз) «Колос» Матвеево-Курганского района Ростовской области: отчет о НИР (заключ.): договор № 346 от 5 июня 2013 г. / ФГБОУ ВПО АЧГАА; рук. Бондаренко А. М. - Зерноград, 2013. - 129 с.

5 Короленко, П. И. Суперудобрение органическое «Агровит-Кор»: технические условия ТУ 9291-001-40561837-98 / П. И. Короленко. - 1998. - 14 с.

6 Клуб БЭЭСТ (биотехнологические, экологические, энергосберегающие технологии) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://club-beest.com.

7 Мирошникова, В. В. Технология переработки навоза применительно к молочным фермам модульного типа / В. В. Мирошникова, А. М. Бондаренко // Вестник аграрной науки Дона. - Зерноград, 2013. - Вып. 4. - С. 2-11.

Мирошникова Валентина Викторовна - начальник научно-исследовательской части, Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета, Зерноград, Российская Федерация. Контактный телефон: 8 (86359) 43-8-97. E-mail: achgaa@achgaa.ru

Miroshnikovа Valentina Viktorovna - Head of Research Department, Azov-Black Sea Engineering Institute of Don State Agrarian University, Zernograd, Russian Federation. Contact telephone number: 8 (86359) 43-8-97. E-mail: achgaa@achgaa.ru

Мирошников Михаил Александрович - инженер по информационному обеспечению, Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета, Зерноград, Российская Федерация. Контактный телефон: 8 (86359) 43-8-97. E-mail: achgaa@achgaa.ru

Miroshnikov Mikhail Aleksandrovich - Informational Support Engineer, Azov-Black Sea Engineering Institute of Don State Agrarian University, Zernograd, Russian Federation. Contact telephone number: 8 (86359) 43-8-97. E-mail: achgaa@achgaa.ru