Перспективные способы утилизации вентиляционных выбросов животноводческих помещений

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

УДК 551.5

В.Л. КРАСНОВА;

ЕЕ. ХАЗАНОВ, д-р техн. наук;

A. Е. МАРКОВА, канд. с-х наук;

B. В. ГОРДЕЕВ, канд. техн. наук

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ УТИЛИЗАЦИИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВЫБРОСОВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ

Предложены способы утилизации вентиляционных выбросов животноводческих помещений, сделан их анализ. Дана принципиальная схема возможной утилизации этих выбросов, а так же конструкция установки для проведения предварительных экспериментов.

Вентиляционные выбросы животноводческих помещений содержат углекислоту, тепло, влагу, а также образующиеся в помещениях аммиак, сероводород и другие вредности [1], которые в настоящее время выбрасываются в атмосферу, загрязняя окружающую среду. Согласно нормам технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота, корова выделяет 0,275 г/ч углекислого газа, 400 г/ч пара, 800 Вт тепла [2]. В то же время углекислый газ, аммиак и сера являются элементами минерального питания растений [3]. Следует также учитывать, что значительная часть тепловой энергии, расходуемой на молочных фермах, безвозвратно теряется через ограждающие конструкции и с вентиляционными выбросами [4].

Проблему экологической безопасности животноводства следует решать путем сочетания животноводства с промышленным растениеводством таким образом, чтобы отходы этих неразрывно связанных отраслей утилизировались с наибольшим эффектом в замкнутом цикле предприятия. Наиболее близок к промышленному растениеводству защищенный грунт - теплицы. Площадь теплиц используется весьма интенсивно почти круглый год. Если связать животноводческие комплексы и теплицы, то можно решить проблему очистки воздуха от вредных веществ вентиляционных выбросов и снизить нерациональные потери тепловой энергии. Доказано, что создание в культивационных сооружениях повышенных концентраций углекислого газа способствует усилению роста и ускорению развития растений [3].

131

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.

Внесение аммиака в почву в качестве подкормки для растений дает возможность отказаться от азотсодержащих удобрений, необходимых для их нормального роста и развития.

В сооружениях защищенного грунта возможны три способа утилизации углекислоты, аммиака и сероводорода, содержащихся в вентиляционных выбросах коровника (рис. 1) [5].

Первый способ представляет собой подкормку растений углекислотой путем замыкания воздухообмена коровника и теплицы, при этом вентиляционные выбросы подаются непосредственно в воздушное пространство теплицы. Он является наиболее простым, но малоэффективным, так как воздухообмен в коровнике должен осуществляться круглосуточно, а подкормка растений углекислотой - только в течение светового периода суток (75%). Поэтому для полного использования образовавшегося в течение суток в коровнике углекислого газа необходимо предпринимать дополнительные меры для хранения его или частично использовать этот газ в течение 4-6 часов [4]. В остальное время суток вентиляционные выбросы должны выводиться из животноводческих помещений через устройства вентиляции.

Рис. 1. Схема возможных способов утилизации углекислого газа, аммиака, сероводорода, содержащихся в вентиляционных выбросах коровника

132

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

Второй способ предусматривает абсорбцию углекислоты, аммиака и сероводорода водой, которая в дальнейшем используется для удобрительного полива растений в почвенных или гидропонных теплицах в качестве питательного раствора. Для абсорбции примесей можно применить водяной скруббер. Растворенная в воде углекислота частично испаряется, и таким образом обогащает воздушное пространство углекислым газом. Отработанный после водяного скруббера воздух следует выбрасывать наружу. Но для растворения всего количества выделяемого углекислого газа при нормальных условиях требуется большое количество воды [5], а для реализации этой воды -значительные площади теплиц. При этом растворенные в таком количестве воды углекислый газ и аммиак будут вноситься в почву при поливе слишком малыми дозами, недостаточными для питания растений. Повысить эффективность метода можно путем использования воды, обогащенной углекислотой и аммиаком для подпочвенного полива растений в теплицах, или в качестве питательных растворов гидропонных теплиц.

Третий способ наиболее эффективен. Он представляет собой комбинацию первых двух и предусматривает использование содержащихся в вентиляционных выбросах веществ, как для внекорневой, так и корневой подкормки. В этом случае воздух из животноводческого помещения подается в систему аэрационного дренажа теплицы. Происходит фильтрация газов через почву, которая представляет собой в данном случае абсорбирующий слой. Обладая высокой растворимостью, содержащиеся в воздухе коровника примеси углекислого газа, аммиака и сероводорода растворяются в почвенной влаге, вступают в химические соединения с почвенными компонентами, и частично поглощаются почвой [6, 7]. Часть углекислого газа выделяется почвой и поступает в воздушное пространство теплиц, обеспечивая тем самым подкормку растений не только из воздуха, но и из почвы при помощи корневой системы в газообразном, растворенном состоянии или в виде углекислой соли. Применение данного способа способствует усилению аэрации почвенного слоя, насыщению почвы кислородом, и, следовательно, усилению микробиологических процессов в почве.

Принципиальная схема утилизации вредностей, выделяемых в коровнике, показана на рис. 2. Загрязненный воздух из коровника и биореактора пропускается через очиститель, где освобождается от пыли, вредных газов и запахов, и подается в теплицу или выбрасывается

133

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.

наружу. Выделенные в очистителе аммиак и углекислый газ используются для корневой подкормки растений. Оставшийся в воздухе углекислый газ поглощается листьями растений. Очищенный воздух через теплоутилизатор снова подается в коровник.

Рис. 2. Схема утилизации вредностей, выделяемых в коровнике

Так как мероприятия по использованию вторичных энергоресурсов направлены на улучшение экологии окружающей среды, а также на повышение плодородия почвы и урожайности, то энергетическую оценку их можно проводить с учетом вида удобрений, их количества и энергетических эквивалентов, а также энергозатрат на внесение их в почву. Базой для сравнения принимаются те же мероприятия, проводимые традиционным путем. При этом допускаем, что внесение азотных удобрений (аммиака) и углекислого газа не повлияет на качество продукции и не изменит ее химического состава.

Экологическая безопасность оценивается с точки зрения нанесения ущерба окружающей среде вредными вентиляционными выбросами коровника.

Экономическая эффективность предложенной технологии складывается из экологических и энергетических показателей.

Предлагаемый метод использования вентиляционных выбросов в замкнутом цикле предприятия должен быть проверен экспериментально. Эксперимент может быть поставлен непосредственно в производственном помещении, но это связано со значительными трудностями. Поэтому первоначальные лабораторные опыты целесо-

134

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

образно ставить на физической модели. Данная модель представляет собой установку, оборудованную светопрозрачными газонепроницаемыми экранами, внутри которых в процессе проведения опытов контролируются температура, влажность и газовый состав воздуха. Установка включает две секции - опытную и контрольную. В таких опытах может использоваться готовая комнатная установка для выращивания растений «Зеленя» (рис. 3).

Опыты проводятся на зерновых при выращивании их методом гидропонной культуры без субстрата. Длительность каждого опыта 9 суток (8 суток на проращивание зерна и одни сутки - на профилактику и подготовку к следующему опыту).

Рис. 3. Установка для выращивания зеленого корма «Зеленя»:

1 - стойка; 2 - светильник; 3 - лоток; 4 - сливной желоб

Прежде чем приступить к проведению опытов с растениями, необходимо провести полный химический анализ газообразных выбросов и определить основные элементы минерального питания растений. При постановке опытов контролируется содержание углекислого газа, аммиака и сероводорода в подаваемом воздухе, внутри климо-камер и изменение этих параметров в течение всего периода проращивания растений, количество подаваемого воздуха с газовыми

135

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.

примесями или скорость подачи воздуха. При этом ставятся серии опытов для определения оптимальной концентрации углекислого газа для растений и отработки режима подкормки в течение суток. Влажность воздуха определяется по психрометрическим таблицам с помощью сухого и влажного термометров. Оценка роста и развития растений производится либо с помощью мерной линейки, либо путем измерения расстояния между метками за определенный промежуток времени. Величина урожая оценивается весовым методом по окончании каждого опыта. Кроме общепринятых показателей качества готовой продукции, необходима также проверка готовой продукции на содержание в ней нитратов и нитритов.

ВЫВОДЫ

1. Из проведенного анализа трех возможных вариантов утилизации вентиляционных выбросов животноводческих помещений в культивационные сооружения защищенного грунта следует, что наиболее эффективным является способ подачи этих выбросов в подпочвенный слой теплицы. Использование этого способа позволяет полностью удовлетворить потребность растений в углекислоте и в азотных удобрениях в аммиачной форме.

2. Предварительная экспериментальная проверка предлагаемых способов утилизации вентиляционных выбросов может быть проведена в лабораторных условиях на стеллажной гидропонной установке.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Плященко С. И., Хохлова И. И. Микроклимат и продуктивность животных. - Л.: Колос, 1976. - 208 с.

2. Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота. ОНТП 1-89/ Госагропром СССР. - М., 1989 - 118 с.

3. Смирнов П.М., Муравин Э.А. Агрохимия. - М.: Агропромиз-дат, 1988. - 447 с.

4. Смирнов Н.А. Пособие для овощеводов тепличных хозяйств. -М.: Россельхозиздат, 1977. - 251 с.

5. Торошников Н.С., Родионов А.И., Кельцев Н.В., Клумин В.Н. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия, 1981. - 272 с.

136

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

6. Внесение углекислоты с поливной водой для подкормки овощных культур в теплицах (ФРГ). СО2 - Dungung - uber das Giesswasser. - Dt. Gartenbau, 1984, 38, 6: 258 (нем.).

7. Хомченко Г.П. Химия. - М.: Высшая школа, 1993. - 368 с.

Получено 19.04.2004.

УДК 551.5 Т.И. ПЕТРОВА;

A. Е. МАРКОВА, канд. с.-х. наук;

B. В. ГОРДЕЕВ, канд. техн. наук

РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УТИЛИЗАЦИИ СТОКОВ ДОИЛЬНЫХ ЗАЛОВ

Описана технология выращивания зеленого корма гидропонным способом с подкормкой навозосодержащими стоками. Опыты проводились по предварительно разработанной методике. Результаты опытов показали, что наибольшая урожайность составляет 12,4 кг/м2 с содержанием сухого вещества 24,46 %, при этом удельный расход стоков составляет 0,5 л/м2 в сутки.

Промышленная технология производства молока на животноводческих комплексах неизбежно связана с большим расходом воды. Только при доении коров на технологические нужды, первичную обработку и хранение молока на одну корову продуктивностью 6000 кг расход воды составляет 55 л в сутки [1]. Отсутствие учета водопотребления обычно приводит к значительному увеличению объема навозосодержащих стоков доильных залов.

Эти стоки характеризуются большой загрязненностью: содержание нерастворимых веществ до 29 тыс. мг/л, показатель биологической потребности кислорода (БПК5) достигает 10 тыс. мг/л [2].

По химическому составу стоки доильных залов близки к питательным растворам, используемым для выращивания растений. Решение проблемы утилизации стоков основывается на объединении отраслей животноводства и растениеводства в рамках одного предприятия. При этом стоки циркулируют из доильных залов в теплицы, не

137