К вопросу глубокой переработки жидких органических отходов животноводства и птицеводства

Введение. Важнейшей народнохозяйственной задачей является увеличение производства продуктов питания, в том числе молока и мяса, как основной продовольственной базы, обеспечивающей продовольственную безопасность и независимость государства. В условиях импортозамещения решение этой проблемы строится на ускоренном развитии животноводческой отрасли, как основополагающей продовольственного комплекса страны в целом и, в частности, Ростовской области.

Целью статьи является анализ объемов производства жидкого навоза и существующих технологий и способов его переработки.

Материалы и методы исследования. Для реализации стратегии ускоренного развития животноводства необходимо обеспечить решение следующих важных задач: расширение обеспеченности кормовой базой посредством растениеводства, а также уменьшение факторов загрязнения окружающей среды на объектах, выполняющих функцию накопления навоза. Следовательно, для решения поставленных задач требуются современные технологии переработки навоза. Для определения и применения существующих технологий переработки жидкого навоза необходимо сделать анализ объектов по его производству.

Результаты исследований и их обсуждение. В настоящее время в отрасли растениеводства наблюдается значительное уменьшение уровня плодородия почвы, главной и существенной причиной которого является недостаточное использование органических удобрений (ОУ) для повышения плодородия почвы. Научно обоснована доза внесения ОУ в ЮФО, которая должна составлять 15 т на условный гектар пашни [1].

В два последние десятилетия ОУ вносятся в почву в недостаточном количестве (0,6–0,8 тонн на условный гектар пашни) или не вносятся вообще. Такая деятельность хозяйств привела к критическому снижению почвенного плодородия.

Для решения задачи развития кормовой базы через растениеводство путем восстановления почвенного плодородия необходимо использовать все ресурсы органического сырья и, в том числе навоз животноводческих предприятий и помет птицефабрик.

Классификация объектов животноводства по поголовью представлена на рисунке 1. В зависимости от поголовья животных и птицы для эффективной переработки жидкого навоза и помета необходимым условием является наличие технических средств и оборудования для их переработки, органично вписывающихся в производственные процессы предприятий. Технологии переработки навоза и оборудование для их реализации, применительно к крупным комплексам, имеют низкую эффективность при применении на малых и средних фермах.

Самыми конкурентоспособными в отрасли животноводства являются средние (от 5000 до 10000 голов), крупные фермы и комплексы (рисунок 1). Такие объекты животноводства работают по новым техноло- гиям, когда для удаления навоза или помета из производственного помещения применяется гидросмыв, при котором в итоге на выходе получается жидкий навоз влажностью 92–94,5% [2]. Полученный с помощью гидросмыва жидкий навоз транспортируется для дальнейшей переработки.

Рисунок 1 – Классификация объектов животноводства и птицеводства по поголовью

В кризисном состоянии находится также вопрос дальнейшей переработки большого количества жидкого навоза, накопленного за годовой период производства на специализированных вспомогательных объектах – лагунах, общая вместимость которых достигает 5–7 тыс. м3 [3, 6]. После накопления жидкого навоза его дальнейшая переработка не производится по причине необходимости для этого больших финансовых затрат на переработку, конечной целью которой является получение органических удобрений [2, 3, 4].

Объекты сельскохозяйственного производства оказывают негативное химическое, биологическое, физическое и механическое воздействие на все основные компоненты окружающей среды: почву, поверхностные и подпочвенные воды, а также воздух. В осо- бенности это относится к промышленному животноводству и птицеводству.

В период с 2000 по 2016 гг. в регионах России по итогам статистических наблюдений определено снижение численности крупного рогатого скота (КРС) [1]. Поголовье крупного рогатого скота на начало 2017 года на животноводческих предприятиях было определено в пределах 19,2 млн голов, из них около 8,5 млн голов коров [1].

Исходя из среднестатистических данных средняя продуктивность коров с каждым годом увеличивается, соответственно, наблюдается увеличение и среднего выхода навоза от одного животного. В среднем, если суточный удой составляет 12 л, то выход навоза при этом по расчетным данным должен быть 50 кг, если суточный удой увеличивается до 24 л, то выход навоза, соответственно, увеличится до 72 кг, если суточный удой возрастет до 34 л, то выход навоза, соответственно, увеличится до 94 кг [1]. 300 млн тонн навоза производится КРС в целом во всей отрасли параллельно при производстве основной продукции.

Похожая картина наблюдается при производстве свинины и выращивании птицы, при этом ежегодное накопление навоза и птичьего помета колеблется в пределах от 50 до 25 млн тонн.

При высоком уровне концентрации поголовья на значительно ограниченной площади производимые при этом птичий помет и навоз являются особо опасными для окружающей среды. Анализ статистических данных за 2018 год по России выявил следующее рассредоточение крупного рогатого скота (КРС).

Малые хозяйства до 50 голов и подсобные хозяйства частных подворий включают меньшую половину поголовья КРС отрасли (48,7%). Одним из преимуществ таких хозяйств является применение технологии содержания на глубокой подстилке, при переработке которой навоз быстрее проходит процесс компостирования. Получаемые в процессе производства КРС 144 млн тонн отходов животноводства не рассматриваются, как представляющие опасность для окружающей среды регионов, в которых находится производство, однако, в процессе хранения и переработки отходов необходимо соблюдать санитарные правила хранения и учитывать агротехнологические требования при их использовании.

В результате от отрасли животноводства и птицеводства получено в 2018 году 213,5 млн тонн отходов, доля которых по КРС – 151,3 млн тонн (или 71%), отходы свиноводства определены в 37,2 млн тонн (17%), и отходы птицеводства определены в 25 млн тонн (12%) (рисунок 2).

В настоящее время Федеральным законом от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» (далее – Федеральный закон № 89-ФЗ) навоз и помет классифицируются как отходы производства, а именно как продукты, образованные при производстве, и подлежат удалению, и этим отходам, в соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов, присвоены соответствующие классы опасности.

• ■    151,3 млн тонн навоза КРС

• ■    25.0 млн тонн помета птицы

  37,2 млн тонн

  
  

  свиного навоза

  
  

  Рисунок 2 – Объем навоза и помета, полученный в сельскохозяйственных организациях РФ за 2018 год от отраслей животноводства и птицеводства

По Федеральному закону № 89-ФЗ любое предприятие животноводческой или птицеводческой отрасли выполняет определенные производственные операции:

– сбор навоза (помета), а именно складирование на срок, не превышающий одиннадцать месяцев (с 1.01.2018), в местах, оборудованных для этих целей, по требованиям законодательства в области охраны окружающей среды и обеспечения нормальной санитарно-эпидемиологической обстановки среди населения;

– утилизация навоза (помета), т.е. использование отходов для производства продукции, включая повторное применение отходов (рециклинг), их возврат в производственный цикл после соответствующей подготовки (регенерация);

– размещение (хранение) навоза (помета), т.е. складирование отходов в специализированных объектах на срок не более одиннадцати месяцев в целях утилизации.

Рисунок 3 – Структурная схема использования технологий и оборудования для переработки жидкого навоза

Таким образом, любое животноводческое (птицеводческое) предприятие осуществляет деятельность по накоплению, утилизации, размещению отходов III–V классов опасности.

В настоящее время вступили в силу изменения Федерального закона «О лицензировании отдельных видов деятельности», согласно которым лицензированию подлежит деятельность по сбору, транспортированию, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов I–IV классов опасности.

Для того чтобы животноводческие (птицеводческие) предприятиям могли осуществлять деятельность по утилизации и размещению навоза, им необходимо наличие лицензии.

Нормативами платы за размещение отходов производства и потребления установлено, что при размещении отходов, подлежащих временному накоплению и фактически использованных в течение трех лет с момента размещения в собственном производстве в соответствии с технологическим регламентом или переданных для использования в течение этого срока, организация от оплаты освобождается.

В то же время, если животноводческое предприятие продолжает хранить отходы более трех лет, то за каждую тонну отхода IV класса норматив платы за размещение 248,4 руб., отхода V класса опасности – 8 руб.

В случае накопления отходов в целях утилизации или обезвреживания в течение одиннадцати месяцев со дня образования этих отходов плата не взимается.

Наибольший уровень экологических нагрузок испытывают поля утилизации бесподстилочного навоза и помета. Площадь полей, загрязненных органогенными отходами, в том числе животноводства и птицеводства в РФ, превышает 2,4 млн гектаров, из которых 20% являются сильно загрязненными, 54% – загрязненными, 26% – слабо загрязненными [3]. При длительном хранении помёта на грунтовых площадках происходит загрязнение почвы, грунтовых и поверхностных вод.

Необходимы поиск эффективных схем и технологий производства и использования высококачественных органических удобрений на основе побочной продукции животноводства (навоза), разработка перспективных технических средств для реализации новых видов удобрений [3, 4, 5, 7, 11].

Наиболее сложным и энергоемким для переработки является жидкий навоз. Комплекс оборудования, применяемого для переработки жидкого навоза, может быть различным и зависит от многих факторов. Для анализа существующих современных технологий и комплексов оборудования по переработке жидкого навоза следует рассмотреть все существующие технологии и применяемое оборудование. Структурная схема использования технологий и оборудования для получения органического удобрения из жидкого навоза представлена на рисунке 3.

Способы переработки и типы технологического оборудования, применяемые в линиях переработки жидкого навоза, зависят от используемого для очистки физического явления с целью достижения требуемого результата. Однако во всех технологических линиях проходят одни и те же этапы переработки: разделение навоза на твердую фракцию и жидкость, обеззараживание, осветление жидкости и отделение взвесей [10, 11, 12].

После разделения навоза на твердую фракцию и суспензию происходит раздельная переработка и обеззараживание каждой из фракций. В структурной схеме на рисунке 3 представлены только механические способы переработки жидкого навоза. Также, кроме механических, существуют биологические, химические, электрохимические способы переработки, требующие значительных экономических и энергетических затрат.

Наиболее точно и подробно все этапы глубокой очистки описаны в литературе [3, 4]. Весь процесс глубокой переработки жидкого навоза представлен авторами пятью ступенями очистки: первая ступень – разделение на фракции, две ступени очистки жидкой фракции и две ступени доочистки осветленной жидкости в зависимости от ее дальнейшего применения.

Наряду с определенными достоинствами и информативностью материала, некоторые этапы требуют уточнения и более подробного рассмотрения. После флотационной установки целесообразным является рассмотрение возможности применения для отделения взвешенных частиц из жидкости тонкослойных отстойников, которые позволяют значительно сократить продолжительность отстаивания и, следовательно, объем отстойников. Тонкослойные отстойники позволяют значительно интенсифицировать процесс осаждения взвесей, на 60% уменьшить площадь застройки и на 25–30% повысить эффект осветления воды по сравнению с обычно применяемыми отстойниками.

Применение после доочистки сточной воды в системе фильтров лампы УФО является эффективным только при определенной степени прозрачности жидкости и малой толщине слоя обрабатываемой среды.

Авторами не рассматривались электрические и электрохимические способы, которые можно применять только на определенных этапах очистки.

Выводы. В свете последних изменений в законодательстве навоз, как отходы производства III–V классов опасности, требует скорейшей и своевременной переработки. Глубокая переработка навоза позволяет получить высококачественные органические удобрения, что может решить задачу развития кормовой базы через растениеводство путем восстановления почвенного плодородия.

Исходя из анализа описанных технологий и способов переработки жидкого навоза, можно заключить, что перспективной является разработка технологии глубокой переработки жидких органических отходов путем применения существующих методов переработки жидкого навоза в комбинации с другими способами воздействия, такими как электрические, аку- стические и химические, что требует более подробного изучения совместного воздействия при переработке различных методов очистки.