Технологические и технические решения проблемы переработки навоза свиноводческих комплексов

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

Распределение выхода навоза по свинокомплексам Ленинградской области представлено на гистограмме 3.

Гистограмма 3. Распределение выхода навоза по свинокомплексам Ленинградской 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

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: shalavinaev@mail.ru

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.