Л.В. Мисун, И.Н. Мисун, В.М. Грищук
Инженерная экология в АПК
пособие / под ред. проф. Л.В. Мисуна. – Мн.: БГАТУ, 2007. – 302с.

5. Защита атмосферы от загрязнения стационарными объектами АПК

5.9. Обеспечение экологической безопасности животноводческих комплексов

Снизить загрязняющее влияние животноводческих комплексов на прилегающую территорию можно в результате правильного проектирования технологии производства и застройки ферм. Для этого необходимо [5]:

-  включить в технологию содержания животных принцип «все пусто – все занято» и предусматривать профилактические перерывы с целью постоянного поддержания высокой санитарной культуры;

-  практиковать проведение общих ветеринарно-санитарных мероприятий, способствующих снижению количества микрофлоры в помещениях и предупреждению разноса их на территории вокруг комплексов; создавать санитарно-защитные зеленые зоны;

-  максимально снизить расход воды на удаление навоза, шире использовать механические способы его удаления;

-  использовать в качестве подстилочного материала соломенную резку, позволяющую создавать теплое ложе и значительно повысить качество навоза. Обеззараживание навоза производить естественным, экологически безопасным биотермическим способом, для чего организовывать на каждой ферме цеха для его утилизации;

-  совершенствовать систему обеспечения микроклимата помещений;

-  усилить гигиенический контроль над качеством проектирования, обязательно проводить комиссионную экологическую экспертизу проектов ферм и комплексов.

Проектирование, строительство и эксплуатация животноводческих ферм и комплексов должны осуществляться в комплексе с агротехническими, мелиоративными, санитарно-гигиеническими и ветеринарными мероприятиями. В первую очередь это обеззараживание навоза в эпидемиологическом и эпизоотическом отношениях, уменьшение загрязнения воздуха и распространения инфекций аэрогенным путем; создание санитарно-защитных зон и лесных полос; своевременная запашка навоза после его внесения; использование дождевальных машин с насадками и агрегатами для близкопочвенного дождевания. Все это позволит значительно снизить загрязнение атмосферного воздуха, распространение неприятных запахов и микроорганизмов.

Важно, чтобы природоохранные меры способствовали естественному биологическому круговороту веществ в природе, процессам естественного обеззараживания отходов производства, разложения и превращения в составную часть почвы и чтобы эти меры не только предусматривались в проектах и воплощались при строительстве, но и строго соблюдались в процессе эксплуатации ферм и комплексов. Кроме того, строительство и ввод в эксплуатацию очистных сооружений, оросительных систем с использованием навозных стоков, навозохранилищ и цехов по утилизации навоза должны предшествовать вводу в эксплуатацию ферм и комплексов.

В проектах обязательно следует предусматривать защиту водоемов от загрязнения сточными водами путем перехвата поверхностных и дренажных стоков и аккумуляций их в прудах-накопителях с целью создания водооборотных систем. Сдавать в эксплуатацию земельные поля орошения необходимо не позже чем сам комплекс. Обязательным мероприятием является планировка поверхности орошаемых земель.

Участки, на которых предусматривается дождевание животноводческими стоками, располагаются с учетом направления преобладающих ветров и размещения территории застройки. Защитная полоса между удобряемыми участками и населенным пунктов – не менее 300 м.

По санитарно-гигиеническим требованиям необходимо, чтобы при использовании животноводческих стоков уровень грунтовых вод залегал на глубине ниже 1,2 м от поверхности, что исключает использование низинных почв, заливаемых поверхностными водами.

Животноводческие стоки подаются, прежде всего, под однолетние растения в срок, когда возможно немедленное их перемешивание с почвой, а также под многолетние кормовые растения, главным образом во вневегетативный период. При использовании животноводческих стоков в период вегетации растений необходимо учитывать следующие сроки, когда внесение запрещается:

-  для сахарной, кормовой свеклы и других кормовых растений – за три недели до уборки;

-  для овощей – в течение всего периода вегетации.

Удобряемые животноводческими стоками площади должны соответствовать поголовью комплекса. При этом количество азотных удобрений, приходящихся на единицу площади, не должно превышать предельно допустимых норм с учетом типа почв, вида выращиваемых культур, их продуктивности и нормы полива.

Для эффективного использования бесподстилочного навоза комплексов, без загрязнения почвы и грунтовых вод, следует строго придерживаться предельно допустимых норм вносимого азота: не более 200 кг/га на пашне и 300 кг/га при орошении. Годовую дозу внесения жидкого навоза определяют для каждой культуры севооборота с учетом выноса питательных веществ урожаем, содержания их в навозе и коэффициента использования культурами. Расчет производится по азоту, фосфору и калию. За окончательную дозу принимают минимальную из них. Недостаток других элементов восполняется за счет минеральных удобрений.

Ежегодно применять чрезмерно высокие дозы бесподстилочного навоза на одних и тех же участках нецелесообразно, так как при этом не обеспечивается рост урожайности, возрастает содержание нитратов в кормах, появляется опасность загрязнения грунтовых вод. Примерные годовые нормы внесения азота жидкого навоза составляют: под зерновые культуры 140 кг, картофель столовый – 120–180, картофель фуражный – 240–280, свеклу кормовую – 320–360, кукурузу на зеленый корм и силос – 240–320, многолетние злаковые и бобово-злаковые травосмеси – 240–320, на луга и пастбища – 200–240, под однолетние травы – 120–140 кг/га.

Для контроля состояния экологической обстановки на комплексе и вокруг него необходимо организовать постоянное наблюдение за использованием бесподстилочного навоза: не реже трех раз в квартал проводить агрохимические анализы органических удобрений, почвы, грунтовых вод и растительной продукции.

Наряду с технологическим и техническим усовершенствованием оборудования животноводческих комплексов большое значение для сокращения излишнего попадания воды в систему навозоиспользования имеет комплекс организационно-экономических мероприятий. Основное их содержание следующее [5]:

-  установка контрольно-измерительной аппаратуры на водопотребляющих объектах; организация своевременного и качественного ремонта водоразборной аппаратуры и оборудования;

-  разработка мероприятий по экономическому стимулированию работников комплексов за рациональное использование воды на основных операциях обслуживания животных;

-  назначение должностных лиц, ответственных за состояние водопотребления и экологической обстановки на комплексах и фермах;

-  периодическое проведение контроля над водопотреблением на каждом участке, разработка мероприятий по сокращению расхода и контроля ее использования.

Основным направлением уменьшения выхода стоков и загрязнения водоемов является создание замкнутых систем. Для очистки животноводческих стоков в условиях гидросмыва используют биологические пруды. Жидкий навоз из свинарников по коллектору поступает в приемный резервуар насосной станции, откуда его перекачивают на разделительную установку. Твердую фракцию складируют на площадке, биотермически обеззараживают и используют в качестве органических удобрений. Жидкую фракцию направляют в вертикальный отстойник для отстаивания и осветления. Осадок из стойников обезвоживают с помощью центрифуг, биотермически обеззараживают и используют в качестве удобрения. Осветленные стоки из отстойника и фугат с центрифуг направляют в карантинные емкости для шестисуточного выдерживания.

В пруде-накопителе осветленные стоки выдерживают перед спуском в последующие пруды. Пруд-накопитель служит также для анаэробного сбраживания органического вещества стоков и потребления его микроорганизмами. Из пруда-накопителя частично минерализованные стоки поступают в водорослевый пруд, главное значение которого состоит в утилизации фитопланктоном биогенных элементов органического вещества. Из водорослевого стоки поступают в рачковый пруд. При наличии богатого питательного субстрата происходит массовое развитие ветвистоусых и веслоногих рачков, а также червей и личинок насекомых. Далее стоки, содержащие зообиомассу и биомассу фитопланктона, поступают в рыбоводный пруд. Энергетические потребности и рост рыбы обеспечиваются за счет использования его биомассы. Такая технология обработки стоков обеспечивает дегельминтизацию жидкой фракции до поступления ее в рыбоводный пруд. Очищенные в рыбоводно-биологических прудах стоки' могут использоваться на полях орошения или в оборотной системе водоснабжения комплекса для гидроудаления навоза.

Таблица 5.54 – Показатели очистки стоков в рыбоводно-биологических прудах

Фундаментальной основой решения экологической проблемы на свиноводческих комплексах может быть технология переработки жидкого навоза в концентрированные твердые органические удобрения и оборотную воду. Предлагаемая технологическая линия предназначена для переработки свиноводческих стоков любой влажности. Основными сооружениями являются: осветлитель с взвешенным слоем осадка; зернистые фильтры; электродиализная установка; центрифуга для обезвоживания твердой фракции и хранилища для твердой фракции и жидких отходов, используемых в качестве удобрения.

Стоки после отделения крупных включений смешиваются с фугатом, промывной водой с фильтров и подаются в осветлитель. Благодаря контактной коагуляции во взвешенном слое осадка, жидкость осветляется на
80–90 %. После обезвоживания осадка на центрифуге твердая фракция поступает в хранилище, осветленная жидкая фракция подается на зернистые фильтры. Благодаря процессам седиментации, контактной коагуляции, окисления и адсорбции на фильтрах происходит полное осветление, обесцвечивание и обеззараживание. Дезодорация жидкой фракции, минерализация органики и частичная деминерализация раствора снижают содержание в нем сухого вещества до 5–7 % от первоначального. Отходы электродиализа используются для регенерации фильтров, а отходы регенерации в виде 8 % раствора минеральных веществ поступают в хранилище. В дальнейшем они частично используются для обогащения питательными веществами твердой фракции, а в основном – в качестве жидкого минерального комплексного удобрения. Количество твердого и жидкого удобрений составляет до 25 % каждого от выхода экскрементов животных.

Такие очистные сооружения являются экологически безопасными, используются в течение всего года, не требуют больших площадей, обеспечивают более эффективную очистку по сравнению с биопрудами, отпадает необходимость в полях орошения для утилизации жидкой фракции стоков.

Сущность технологии с использованием биогазовой установки заключается в следующем: жидкий навоз влажностью 91–93 %, предварительно подогретый рекуперированным теплом, подается в биоэнергетическую установку (БЭУ), где осуществляется его анаэробное сбраживание в термофильном режиме при 53–55 °С. Из 1 т сухого органического вещества может быть получено 400–600 м³ биогаза теплотворной способностью 20–26 МДж/м³. Для расчета принимают выход биогаза 500 м³ на 1 т сухого органического вещества и теплотворную способность 23 МДж/м³. При суточном выходе 240  т и влажности 91 % содержание сухих веществ в навозе составляет 21,6 т. При содержании органических веществ в абсолютно сухом веществе навоза 80 %, суточный выход биогаза составляет 8640 м³, из которого при КПД котла 0,8 может быть получено 159 тыс. МДж тепловой энергии в виде пара – 30 % (48 тыс. МДж) используется на поддержание анаэробного процесса сбраживания навоза.

Расход тепловой энергии на упаривание 1 т стоков составляет 500 МДж. Расход тепловой энергии за сутки при упаривании 200 т жидкой фракции навоза составляет 100 тыс. МДж. Оставшаяся часть тепловой энергии может быть использована на другие энергетические нужды свинокомплекса (отопление, выработка электроэнергии, подогрев технологической воды). Сброженный навоз поступает в цех для разделения на фракции. Твердая фракция (28 т/сут) влажностью 70 % поступает на площадку для складирования и хранения, жидкая фракция (230 т/сут) влажностью 98 % – в отстойник непрерывного действия. Из отстойника осадок поступает в цех механического разделения на обезвоживание, а осветленная жидкая фракция в реактор, где смешивается с известью. Из реактора смесь жидкой фракции навоза с известью поступает в отстойник для отделения избытка извести и осадка.

Осветленная жидкая фракция навоза содержит около 3 кг аммиака. Предельно допустимая концентрация аммиака в 1 т оборотной воды должна быть не более 20 г. С целью удаления излишнего аммиака фракция дегазируется, нагреваясь в аммиачной колонне. Для облегчения процесса удаления аммиака в жидкую фракцию вводится негашеная известь, расход которой в сутки составляет около 2 т. Высвободившийся аммиак в процессе дегазации поглощается водой, суточный расход которой составляет около 3 т. С целью повышения адсорбируемости вода поглощает аммиак, охлаждается не менее чем до 20 °С поступающими на дегазацию стоками, используется она как жидкое удобрение.

Кроме того, для дегазации стоков может быть использована отдувка, а также химическое закрепление аммиака в стоках и удаление его вместе с концентратами стоков в процессе упаривания.

Очищенная от аммиака жидкость подается на упаривание в дистилляционные колонны, где из нее в сутки получается 188 т конденсата и 15 т концентрата влажностью 70 %. Конденсат после сорбционной очистки направляется на технологические нужды свинокомплекса (мойка животных, подпитка котлов, системы теплоснабжения), а концентрат мобильным транспортом подается на площадку для хранения твердой фракции, смешивается и хранится вместе с ней. В оптимальные агросроки (весной и осенью) концентрированные твердые удобрения транспортируются и вносятся в почву. Получение первичного пара, используемого в выпарной установке, осуществляется с помощью парового котла, работающего на биогазе.

Основными достоинствами этой технологии являются: экологическая безопасность, исключающая загрязнение окружающей среды; наличие оборотной системы обеспечения технологической водой; снижение выхода навозных стоков более чем в 5 раз и обеспечение внесения в сжатые сроки с минимальными трудозатратами. Отсутствие прямого контакта обрабатываемых навозных стоков с атмосферой предотвращает загрязнение окружающей среды и потери питательных веществ, исключает необходимость в карантинных емкостях, отстойниках, резервуарах осветленных стоков полей орошения и обеспечивает снижение капитальных затрат в 2–5 раз.