Анализ способов переработки сельскохозяйственных органических отходов на примере куриного помета

Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов является актуальной задачей современности. В этой связи перед современной наукой стоит ряд конкретных задач, обусловленных присутствием в биосфере соединений являющихся токсичными для человека и окружающей среды, способных аккумулироваться в живых организмах и вызывать нежелательные сдвиги в обменных процессах [1, 2]. Так например во всех отходах животноводческого комплекса, помимо разнообразных органических и неорганических соединений, содержится большое количество патогенных микроорганизмов. Это естественная микрофлора, включающая Thermotol. сoliforma, Escherichia coli, Chlostridium perfring, Salmonella enteriditis, Salmonella virchow представляет большую опасность, так как обладает способностью выделять токсичные вещества, вредно  действующие  на  организм человека.

В течение последних лет среднегодовой прирост птицы составляет около 1 млн. голов. В связи с этим растет и выход побочного продукта – птичьего помета. При клеточном содержании птицы помет относится к третьей категории опасных веществ, его влажность при удалении из птичника находится в пределах 65–70%.

Известно, что птичий помет является источником развития патогенной микрофлоры [3]. При разложении органических веществ из пометной массы выделяются аммиак, метан, сероводород, окись углерода, другие вещества. В помете находятся медикаментозные средства, применяемые для дезинфекции птичников. Все эти компоненты представляют опасность для человека и окружающей среды,  поэтому такой помет требует особого подхода к утилизации и переработке [4].

Птичий помет характеризуется более высоким содержанием азота, фосфора, калия по сравнению с навозом. В его состав входят микроэлементы. В 100г сухого помета содержится 15-38 мг Mn;12-39 мг Zn; 1,0-1,3 мг Co; 0,5 мг Cu; 367-900 мг Fe. Примерно ¾ сухого вещества состава — органическое.

К сожалению, в России технология утилизации помета практически не меняется несколько десятков лет. Помет вывозится из птичников и складируется в пометохранилищах, где выдерживается определенное время с целью обеспечения процесса компостирования, а затем вывозится на поля и разбрасывается с последующей заделкой в почву. Но его удобрительные качества в большинстве случаев утрачиваются, так как птичий помет, представляет собой среду, благоприятную для сохранения разнообразных микроорганизмов. В птичьем помете, полученном в неблагополучных по инфекционным болезням птицеводческих хозяйствах, обнаруживают возбудителей патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. В зависимости от видовой устойчивости, сезона, климатических, метеорологических и многих других факторов они могут выживать в этой
среде от нескольких часов до нескольких лет.

Таким образом в процессе хранения помета и применения его в качестве удобрения данными способами, происходит загрязнение окружающей среды, а при транспортировке на большие расстояния (более 10 км), затраты на внесение в почву такого удобрения не окупаются прибавкой урожайности сельскохозяйственных культур, что ограничивает его применение [5].

В то же время растениеводство остро нуждается в эффективном удобрении. Несмотря на то, что Россия является одним из основных производителей минеральных удобрений, вносится в почву на 1 гектар на порядок меньше, чем 46 в развитых в сельском хозяйстве государствах, что является одной из причин снижения плодородия и недобора урожая сельскохозяйственных культур [5].

Для устранения негативных явлений возникает необходимость замкнутых циклов производства продукции птицеводства и переработки помета [6]. Одним из вариантов организации замкнутого цикла производства является схема, представленная на рисунке 1.

Рис. 1 —  Принципиальная схема организации замкнутого цикла производства продукции в птицеводстве

Замкнутый цикл производства продукции в птицеводстве предполагает безотходное производство за счет использования отходов основной продукции при производстве сельскохозяйственных культур и кормовых добавок для нужд производства основной продукции мяса и яйца птицы. Наиболее проблемным вопросом в представленном замкнутом цикле производства является утилизация помета.

Учитывая специфику производственного процесса птицеводческих хозяйств (направление продукции, вид птицы, способ содержания, климатическая зона), переработка птичьего помета может быть организована по определенным технологиям, каждая из которых комплектуется соответствующими технологическими машинами и оборудованием. Рассмотрим основные способы утилизации птичьего помета (рис. 2) [6].

Наиболее простым и дешевым способом является прямое (без обработки) внесение помета в почву. Однако при этой технологии возникает ряд проблем: во-первых, перевозка большого количества отходов требует немалых средств, во-вторых, почва, подземные и поверхностные воды заражаются инвазионными, инфекционными и токсическими элементами, в-третьих, это ведет к накоплению нитратов, меди и цинка в зерне, траве и водных источниках. Поэтому данный способ в настоящее время не находит широкого применения [7].

Использование химических средств при утилизации помета осуществляется только для профилактики возможного распространения болезнетворных микроорганизмов и бактерий.

Рис. 2 — Основные способы и технологии переработки птичьего помета

Из биологических способов наибольшее распространение получило компостирование, которое включает получение органических смесей (птичий помет + птичий помет с подстилкой, птичий помет + торф, птичий помет + древесные опилки, птичий помет + другие местные органические отходы). Органическая смесь формируется в штабели высотой не более 2,5 метров. Через 6-8 месяцев хранения на полевых площадках происходит созревание этой смеси и образуется компост, который пригоден для использования в земледелии. Преимуществом способа являются невысокие капитальные вложения и энергетические затраты. Получаемый биогумус имеет хорошее качество, однако до 30…40 % питательных веществ в процессе переработки теряется в виде газов, наносящих экологический вред. К недостаткам способа относятся: необходимость наличия специальных площадок, техники и большого количества торфа, соломы и др. материала, снижающего содержание влаги, невысокая продажная цена при промышленных объемах производства, длительность и периодичность процесса [8].

Аэробная твердофазная ферментация осуществляется в установках барабанного типа и позволяет перерабатывать в сутки более 20…50 м3 помета. Сущность технологии заключается в смешивании помета и других органических компонентов (торф, солома, древесные опилки, лигнин) в определенных соотношениях и длительное (1–2 года) хранение полученной массы в буртах, в результате которого происходит ее естественное созревание [7].

Данный способ наиболее приемлем для малых и средних хозяйств при наличии собственных полей для внесения получаемых органических удобрений. Одним из недостатков этой технологии служит необходимость поддерживать температуру субстрата выше температуры окружающей среды, что значительно снижает эффективность производства биогаза, особенно в климатических условиях, характеризующихся относительно низкими среднегодовыми температурами [9].

В последнее время большое внимание стали уделять использованию анаэробной (метановой) ферментации органических отходов в специальных установках (метантенках), в которых поддерживается определенная температура для эффективности действия анаэробных бактерий. Данный способ решает сразу несколько задач: производство экологически чистых удобрений и метана для мини-ТЭЦ, газообразного топлива для автотракторной техники, производства «сухого» льда, соды и т.д. [10]. Применение данной технологии сдерживается отсутствием инвестиций, системного решения в создании базовых конструкций  [9].

Разведение дождевых червей «вермикультура» – один из перспективных способов утилизации органических отходов. Дождевые черви, ускоряющие во много раз разложение органическоговещества, позволяют в относительно короткие сроки абсолютно экологически чистым способом превратить разного рода органические отходы в ценное гумусированное удобрение. Второй получаемый продукт этого способа – биомасса дождевых червей, которая успешно используется как белковая добавка к кормам и в качестве биохимического сырья [7]. Однако данная технология, даже учитывая все ее преимущества может выгодно использоваться только в малых фермерских хозяйствах, либо в приготовления удобрений и использования их для собственных нужд.

Организовать крупномасштабное производство вермикомпостов в стране, где