УДК 631.95

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА УТИЛИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОТХОДОВ НА ОСНОВЕ ТРЕБОВАНИЙ ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

Афанасьев Вячеслав Николаевич1, Субботин Игорь Александрович1, Афанасьев Алексей Вячеславович1
1Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Аннотация
Представлены результаты исследования технологий утилизации сельскохозяйственных отходов на основе их анализа и синтеза с их эколого-экономической оценкой. На примере Ленинградской области определены рациональные технологии утилизации.

Ключевые слова: биологический оборот, выбор технологий, инженерная экология, компост, компостирование, органические удобрения, сельское хозяйство, ускоренное компостирование, утилизация навоза, утилизация помёта, экология


JUSTIFICATION OF THE METHOD OF DISPOSAL OF AGRICULTURAL WASTE BASED ON THE REQUIREMENTS OF ENVIRONMENTAL ENGINEERING

Afanasiev Viacheslav Nikolaevich1, Subbotin Igor Aleksandrovich1, Afanasiev Alexey Vyacheslavovich1
1North-West Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification of the Russian Academy of Agricultural Sciences

Abstract
Given the results of studies of agricultural waste recycling technologies based on their analysis and synthesis, with their environmental and economic assessment identified a rational technology for farms of Leningrad region.

Keywords: accelerated composting, biological turnover, compost characteristics, composting, organic fertilizers, technology selection


Рубрика: Общая рубрика

Библиографическая ссылка на статью:
Афанасьев В.Н., Субботин И.А., Афанасьев А.В. Обоснование метода утилизации сельскохозяйственных отходов на основе требований инженерной экологии // Сельское, лесное и водное хозяйство. 2013. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://agro.snauka.ru/2013/11/1242 (дата обращения: 29.04.2017).

Негативное воздействия сельского хозяйства на окружающую среду на сегодняшний день является весьма актуальной проблемой. Её ключевым элемент – вопрос утилизации навоза и помёта, поскольку воздействие данных видов отходов на окружающую среду наиболее велико. На решение данной проблемы и было направлено проведённое исследовние.

Цель проведённого исследования: определение наиболее рациональных технологий утилизации отходов сельскохозяйственного производства.

Задачи исследования: изучение и анализ многообразия применяемых технологий, проведение эколого-экономической оценки рациональных существующих и перспективных технологий для современных животноводческих предприятий.

Органические удобрения, получаемые из органических отходов – мощное средство воспроизводства гумуса в пахотных почвах, энергетический материал для микроорганизмов, существенный источник элементов питания растений и важнейшее средство регулирования всех агрономически ценных свойств почвы [1].

Содержание гумуса в почве – важнейший показатель окультуренности пахотных земель. По данным ВИУА увеличение содержания гумуса в дерново-подзолистой супесчаной известкованной почве на 1% повышает продуктивность севооборота не менее чем на 10% корм. ед. в среднем за год или более чем на 25% среднего урожая [2].

В последние десятилетия идет интенсивное снижение содержания гумуса в почвах, В ряде случаев величина потерь достигает 50%, прежде всего вследствие резкого сокращения использования органических отходов сельского хозяйства. Если на долю органических удобрений в дореформенный период приходилось около 40% общего баланса питательных веществ в земледелии, то в настоящее время эта величина снизилась до нескольких процентов.

Система утилизации органических отходов животноводства и птицеводства включает 3 этапа: производство, обработка и использование.

Важнейшим этапом утилизации навоза является их переработка в продукты эффективного применения в биологическом обороте питательных веществ.

В настоящее время сформулировались две наиболее важных биотехнологических концепции переработки органического вещества из отходов животноводства:

- анаэробное сбраживание с получением биогаза;

- экзотермическая ферментация или компостирование, обеспечивающее получение гумусного субстрата.

Основными недостатками обоих процессов является большая длительность процессов (до 90 суток при компостировании) и существенная потеря органических и питательных веществ (до 50%).

Оценка применения анаэробного сбраживания с получением биогаза в российских условиях показала экономическую непривлекательность данного подхода к утилизации навоза и помёта. [3]

Синтез высокомолекулярного гуминового продукта из органического вещества отходов, поддерживающего плодородие почвы – это микробиологический процесс с большими энергетическими затратами. Кроме того, компостирование жидких отходов требует применениея дополнительных органических материалов для обеспечения биотермических процессов.

Применение продуктов после переработки отходов предусматривает использование их в качестве органического или органоминерального удобрения.

Внесение отходов в почву в жидком виде обеспечивает лишь гниение, в результате которого образуются вещества с низкой стабильностью. Поглощение энергии из навоза для получения биогаза в процессе анаэробного сбраживания, приводит к её недостатку для синтеза стабильного гумуса.

Биоэнергетический потенциал почвы в конечном итоге лишается ценности и ведет к энергетическим затратам в сельскохозяйственном производстве для возмещения которых применяются другие средства (применением искусственных удобрений, более тщательная обработка почвы и т.д.), сумма которых значительно больше стоимости энергии, получаемой в форме биогаза.

Использование навоза в виде гуминового компоста улучшает водоудерживающую способность почвы и способствует сохранности питательных веществ, созданию жизненных условий для полезных почвенных организмов, улучшение состояния окружающей среды, широкое и эффективное использование удобрений по различному назначению.

Следует сказать, что бесподстилочный жидкий и полужидкий навоз и навозные стоки по влиянию воспроизводства гумуса эквивалентны примерно как 0,5, 0,25 и 0,1 ед. подстилочного навоза. Торфонавозные компосты накапливают гумуса в почве на 15-20% больше подстилочного навоза [2].

Зрелый компост является стабильным продуктом, который не представляет трудностей в хранении, у него нет неприятного запаха, патогенных организмов, вредных сорняков и других фитотоксичных веществ, он улучшает качество почвы и растений, ускоряет обмен питательных веществ между корнями и почвой.

Заключительным этапом является внесение полученных в результате переработки отходов органоминеральных продуктов как удобрений в почву. Эту операцию в основном следует проводить внутрипочвенным способом, однако допускается поверхностное внесение, но только при условии обязательной одновременной заделки в почву.

В подавляющем большинстве хозяйств России применяются в основном две технологии утилизации навоза и помёта [5] с получением удобрений в жидком или твердом виде:

1. Удаление, длительное хранение с целью биологического естественного обеззараживания, внесение в почву путем разбрасывания по поверхности поля с последующей запашкой.

Недостатками этой технологии является: увеличение его объемов, длительность процесса биологического обеззараживания – до 12 месяцев, что требует больших капиталовложений в строительство хранилищ и приводит к значительным потеряим питательных веществ, что снижает возможность поддержания плодородия почв, высокая фильтрационная способность почвы азотсодержащей жидкой фракции, что ведет к загрязнению поверхностных вод и атмосферного воздуха, низкая надежность обеззараживания.

2. Удаление, хранение навоза в стойловый период, смешивание навоза с влагоемкими материалами (торф, опилки и др.) с целью снижения влажности смеси, компостирование смеси путем выдерживания ее в буртах на открытых площадках в течение 2-3 месяцев и внесение в почву разбросным способом с последующей запашкой.

Недостатки технологии: необходимость длительного хранения, высокая потребность во влагоемком материале (до 2 тонн на тонну навоза), отсутствие технических средств и высокая трудоемкость для нормативного обеспечения технологии компостирования, что приводит к низкой надежности обеззараживания, а также большие потери NPK (до 30-40%).

Несмотря на отмеченные недостатки, технология производства твердых органических удобрений является одним из простейших биохимических способов получения высококачественных биологически активных органических удобрений, способствующих повышению гумуса почв.

Для выбора наиболее рациональных технологий переработки навоза провели анализ всех существующих технологий на их эколого-экономическую целесообразность и возможности промышленного производства машин и оборудования для обеспечения их реализации.

На первом этапе из всего многообразия вариантов технологий провели частичный отсев на основе основных критериев – (влажность исходного навоза не более 93% и надежное обеззараживание) и из отобранных 22 отобрали 4 варианта с механическим удалением.

1. Смешивание навоза с влагопоглощающими материалами (торф, опилки, солома и др.), ферментация смеси путем двукратного перемешивания в летний период на площадках, хранение и внесение компостов в почву.

2. Разделение навоза на фракции, ферментация твердой фракции в биореакторах барабанного типа, хранение и внесение жидкой фракции и компоста в почву [4].

3. Смешивание навоза с наполнителем (торф), ферментация смеси в биореакторах камерного типа [5], хранение и локальное внесение их в почву.

4. Анаэробная обработка в метантенках [5], использование газа в качестве котельного топлива и навозного субстрата в качестве удобрения.

Для сравнения этих технологий выбраны технологии с недостаточно надежным обеззараживанием [5]:

5. Разделение навоза на твердую и жидкую фракции техническими средствами, длительное хранение и внесение в почву, как наиболее широко применяемые в настоящее время в подавляющем большинстве хозяйств России, но не полностью отвечающие экологическим требованиям.

6. Биологическое обеззараживание навоза путем длительного хранения и внесение его в почву.

На 2-м этапе анализ этих технологий провели по эколого-экономическим критериям (таблица):

Таблица – Характеристика технологий обработки и использования навоза на фермах КРС на 1000 голов.

Показатели

Технологии

1

2

3

4

5

6

Объем обработки, т/сут

100

10

20

60

60

60

Капитальные затраты, тыс. руб.

10655

10700

13470

65500

25350

36250

Амортизационные отчисления, тыс. руб.

680

774,0

673,0

5615

2074

2100

Затраты электрической энергии, тыс.руб.

225,0

560,0

58,6

Затраты топлива/тепло, т

105

180

210

1684

40

40

Затраты труда, чел-ч

9000

4000

6000

6800

7200

8000

Площадь под внесение удобрений, га

438

365

545

534

438

593

Себестоимость, наваозруб/т

656

63,3

563

461,1

178,2

294

Коэффициент экологической безопасности, Кэк.б

0,8

0,9

0,9

0,8

0,5

0,5

Себестоимость с учетом Кэк.б, руб/т

820

703,0

772,0

576,4

356,4

588

Повышение плодородия почвы, тыс. руб

14454

13510

20230

20932

6712

8470

Себестоимость, 1000мгаз/руб.

27638

Анализ полученных результатов показывает, что наилучшими технологиями являются вторая и третья технологии, которые имеют минимальный период обработки и низкие потери биогенных веществ, сводя к минимуму негативное влияние на окружающую среду и максимально возвращая питательные вещества в природный оборот.

Последние две технологии, вследствие низкой надежности обеззараживания требуют незамедлительной замены.

Таким образом, анализ методов превращения сельскохозяйственных отходов в полноценные органические удобрения показывал бесспорное преимущество метода биотермической ферментации в закрытых аппаратах – биореакторах.

Результаты исследования были использованы при разработке проектов, проектных предложений и регламентов по переработке и использованию навоза и помёта ряда сельскохозяйственных предприятий Ленинградской области.


Библиографический список
  1. Шарков И. Н. Концепция воспроизводства гумуса в почвах //Агрохимия. – 2011. – №. 12. – С. 21-27.

  2. Органические удобрения: Справочник/П.Д.Попов, В.И.Хохлов, А.А.Егоров и др. – М.: Агропромиздат, 1988. – 207 с., ил.

  3. Субботин И. А. Использование навоза и помёта в качестве биотоплива //Инновации в сельском хозяйстве. – 2011. – № 2 (4).– С. 36-38.

  4. Хазанов Е.Е., Гордеев В.В., Хазанов В.Е. Механизация молочных ферм. – СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. 2008.-38 с.

  5. Рекомендации по системам удаления, транспортирования, хранения и подготовки к использованиюнавоза для различных производственных и природно-климатических условий. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005.- 180 с.



Все статьи автора «Субботин Игорь Александрович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: