МЕТОДЫ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены образующиеся отходы животноводства и методы их переработки, разработана технологическая схема утилизации отходов. Производство продуктов из отходов животноводства позволяет решить целый ряд взаимосвязанных проблем: безотходная и быстрая утилизации отходов, высвобождение сельскохозяйственных угодий, занятых под лагуны и навозохранилища, восстановление плодородия земельных угодий.

Ключевые слова: отходы, сбраживание, газификация, гранулирование

Продовольственная безопасность является одной из важнейших составляющих определяющих суверенитет любого государства. Динамика производства продукции животноводства в нашей стране показывает последние годы устойчивый рост на уровне десяти процентов в год. На протяжении последних лет Калужская область занимает лидирующие позиции по темпам роста мясо-молочного производства. В период с 2018 года по 2023 год численность крупного рогатого скота увеличилась с 147,8 тыс. голов до 232,4 тыс.

Однако, отходы, образующиеся в процессе жизнедеятельности сельскохозяйственных животных, являются опасными загрязнителями окружающей природной среды.

Они могут создавать напряженную санитарно-гигиеническую обстановку и, в итоге, отрицательно влиять на здоровье населения. Представляют они угрозу и для окружающей среды. Отходы животноводства, особенно жидкие, во время дождей и весеннего паводка смываются в водоемы, приводя к гибели водной флоры и фауны.

 Отходы содержат в своём составе различные соединения азота, фосфора, калия, серы и других элементов, обладающих высокой токсичностью. Накапливаясь в местах сбросов, они становятся более мобильными и, проникая в воду, разносятся на большие расстояния [1].

В соответствии с Федеральным законом от 14 июля 2022 г. № 248-ФЗ "О побочных продуктах животноводства и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" с 1 марта 2023 года вещества, образуемые при содержании сельскохозяйственных животных, включая навоз, подстилку, стоки, и используемые в сельскохозяйственном производстве признаны побочным продуктом жизнедеятельности животных. Это означает, что их можно официально вводить в обиход сельскохозяйственных производств, отражать в бухгалтерском и налоговом учете, оформлять на них право собственности, и, соответственно, иметь законное право продавать и покупать [2].

В связи с этим, на сегодняшний день является актуальным вопрос о переходе на качественно новые технологии производства из отходов животноводства востребованного продукта, способного повысить экономическую эффективность животноводческих комплексов. Этого можно достичь путём активного внедрения малоотходных и безотходных технологий, основанных на использовании в хозяйственном обороте всех сырьевых ресурсов, которые постоянно образуются и накапливаются в хозяйствах [3].

Для успешной переработки отходов животноводства и обеспечения биотехнологического процесса разложения органических составляющих с получением полезной энергии и продуктов применяются в основном: анаэробное сбраживание, термохимическая газификация и гранулирование.

Методом, наиболее отвечающим экологическим, техническим и экономическим требованиям, является анаэробное сбраживание. Эта технология позволяет создать систему замкнутого цикла: растениеводство - корма и пищевые продукты - отходы - анаэробная переработка - растениеводство. По такой схеме сельское хозяйство получает органические удобрения и корма, а производство при полезной утилизации метана - сырьё и энергию. Метод анаэробного сбраживания для переработки животноводческих отходов с точки зрения гигиены и охраны окружающей среды является наиболее перспективным, так как обеспечивает более полное обеззараживание остатка и устранение патогенных микроорганизмов. Анаэробная переработка представляет также большой практический интерес, поскольку ускоряет разложение органических отходов животноводства в 10 раз. В результате процесса сбраживания распаду подвергаются органические вещества, содержащиеся в навозе, с образованием конечных продуктов в виде смеси метана и углекислого газа. Другими словами, микроскопические бактерии, потребляя органические вещества, содержащиеся в биомассе и биологических отходах, выделяют горючий газ. Но даже при самых благоприятных условиях выделение горючего газа происходит не сразу – сначала нужен процесс ферментации биомассы, разложение которой происходит в несколько этапов за определенные периоды времени. Добавление микроколичеств гидролитических ферментов может многократно ускорить эти процессы. Схема метода анаэробного сбраживания представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема метода анаэробного сбраживания

Термохимическая газификация характеризуется высоким энергопотенциалом. По сравнению с анаэробным сбраживанием термохимическая газификация высвобождает из единицы сырья больше потенциальной энергии. Газификация является процессом высокотемпературной переработки биомассы в газ, называемый генераторным или синтетическим, и золу. Процесс ведут в специальных реакторах (газогенераторах) с ограниченным доступом воздуха. Во время переработки в зоне газификации температура достигает 1500 ^оС. Мгновенная закалка синтетического газа обеспечивает отсутствие в нем каких-либо токсичных примесей. Благодаря этому, а также удобству применения газа, газификация является гораздо более эффективным и экологически чистым процессом, чем обычное сжигание. Произведенный методом газификации газ может быть использован как обычное топливо, заменяя природный газ, или как топливо для газопоршневых установок, в которых сжигается с получением электрической и тепловой энергии. Схема метода термохимической газификации представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема метода термохимической газификации

Гранулирование отходов животноводства даёт возможность создавать органоминеральные гранулы на основе экскрементов сельскохозяйственных животных. Преимущество гранул заключается в удобстве использования, так как отсутствует необходимость в специальных площадках или контейнерах для хранения. Такие гранулы содержат в своем составе до 85% органических веществ, а также различные соединения азота, фосфора и калия. Опыт зарубежных хозяйств доказывает, что гранулированные удобрения – наиболее эффективный и удобный в практическом применении вид органических удобрений. Они обеспечивают сбалансированную подкормку всех возделываемых сельскохозяйственных культур, создают благоприятные условия для стабильного получения экологически чистой продукции, увеличивают урожайность, улучшают состав и свойства почвы, имеют практически неограниченный срок годности. Технология производства состоит из ряда последовательных операций: разделение навоза на твердую и жидкую фракции; ускоренная ферментация (компостирование) твердой фракции; сушка компостированного сырья до влажности не более 15% и дробление сухого субпродукта; смешение дробленого субпродукта с минеральными добавками; гранулирование сухой смеси; охлаждение и фасовка. Схема метода термохимической газификации представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема метода термохимической газификации

Проанализировав вышеописанные методы переработки отходов животноводства, можно сделать вывод, что для наибольшей эффективности целесообразно применять сразу несколько методов переработки. Сочетание технологий анаэробного сбраживания и гранулирования позволит решить проблему хранения и использования отработанной биомассы. Для этого после биореактора устанавливается линия гранулирования. Это позволит использовать оставшийся после получения биогаза дигестат для производства органоминеральных гранул. Схема комбинированного метода представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема комбинированного метода переработки отходов

Стоимость строительства биогазовой станции для анаэробного сбраживания зависит от ее мощности, вида перерабатываемого сырья, а также от варианта исполнения. Срок окупаемости биогазовой установки также разнится, но если учесть установку линии гранулирования, то срок окупаемости может существенно сократится. Чем больше биогазовая установка, тем выше ее рентабельность и короче сроки окупаемости.

Конструкции биогазовых установок достаточно разнообразны и отличаются главным образом гидравлическим режимом (проточные или периодического наполнения) и способами загрузки (непрерывный или периодический). При непрерывной (проточной) схеме отходы загружают через определенные промежутки времени (до 10 раз в сутки), удаляя такое же количество сброженной массы. При тщательном соблюдении всех условий сбраживания такая схема позволяет получить максимальный выход биогаза.

Также, важным элементом является система подогрева. Температура в реакторе, наполненном сырьем, должна постоянно поддерживаться на одном уровне – оптимально подходящем для жизнедеятельности анаэробных бактерий. Реакция, возникающая в процессе выработки газа является экзотермической. Однако, если температура воздуха за пределами реактора ниже необходимой температуры для продуктивного функционирования соответствующих бактерий подготовка субстратов нуждается в подогреве. При этом температура не должна выходить за пределы допустимых значений, а прогрев должен осуществляться равномерно, что обеспечивается перемешиванием.

Таким образом, проведенный анализ позволяет сделать вывод, что современные технологии и оборудование для переработки и утилизации отходов экономически и технически целесообразны и требуют внедрения в сельскохозяйственное производство. Рассмотренные технологии переработки отходов животноводства позволяют значительно снизить затраты на хранение и вывоз навозных масс, повысить плодородие почв, отказаться от применения химических минеральных удобрений, обеспечить производственные потребности в электрической и тепловой энергии, включая перерабатывающие производства [4].

Список литературы:

1. Власов, В. А. Некоторые теоретические и практические проблемы, возникающие при обращении с жидкими отходами продукции животноводства (часть первая) / В. А. Власов, Г. Е. Воронов. – Текст : электронный //Право и государство: теория и практика. – 2022. – № 3(207). – С. 205-209.
2. Гузь, Л. В. Об использовании отходов животноводства при осуществлении экономической деятельности / Л. В. Гузь, И. Б. Петров. – Текст : электронный // Твердые бытовые отходы. – 2021. – № 1(175). – С. 56- 59.
3. Комарова, Е. В. Современные проблемы применения отходов животноводства в качестве удобрения: анализ правого поля / Е. В. Комарова, А. В. Слабунова. – Текст : электронный // Экология и водное хозяйство. – 2021. – Т. 3, № 4. – С. 27-45.
4. Комплексная оценка эффективности использования отходов быта и производства в сельском хозяйстве : монография / Н. К. Сюняев [и др.]. – Москва : [б. и.], 2015. – 253 с.