Ресурсосберегающие и безотходные технологии для животноводства

Содержание

1. Эффективное водопользование
2. Адресное внесение удобрений
3. Переработка и сокращение органических отходов
   1. Компост из глубокой подстилки
   2. Гранулирование
   3. Разделение на фракции
   4. Жидкая фракция
   5. Удобрение полей не сепарированным навозом
   6. Биопереработка навоза
   7. Электроэнергия из биогаза

Безотходные производства в сельском хозяйстве — новая философия, нацеленная на максимально эффективное использование всех ресурсов и минимизацию отходов. В рамках этой парадигмы основные цели разработки новых технологий — снижение экологической нагрузки и увеличение эффективности использования ресурсов.

В этой связи можно выделить несколько основных направлений:

• эффективное водопользование,
• сокращение внесения удобрений и химпрепаратов,
• утилизация органических отходов.

Эффективное водопользование — это снижение расхода воды и ее максимально разумное использование. При этом уделяется большое внимание внедрению систем капельного орошения и инновационным методам полива, которые снижают расход воды. Снижение расходов воды с применением системы капельного полива варьируется в диапазоне от 20% до 80% по сравнению с дождеванием и другими видами полива. Эти показатели зависят от почвенно-климатической зоны, типа посадок, а также технических характеристик самой установки.

При этом КПД использования полученной влаги очень велик и составляет около 95%. Для сравнения: подобный показатель при дождевании равен в среднем 65%, а при поверхностном поливе он минимален — всего около 5%.

Учитывая возможность вместе с орошением вносить в почву необходимые удобрения, коэффициент полезного действия капельной системы будет максимальным.

Адресное внесение удобрений

Сокращение внесения удобрений и химпрепаратов подразумевает не только переход к более безопасным пестицидам и удобрениям, которые снижают негативное воздействие химии на окружающую среду, но и адресное внесение, то есть работу по картам-заданиям.

— С помощью ГЛОНАСС и GPS можно управлять машинами с точностью до сантиметра, адресно вносить удобрения и семена, уменьшать использование химикатов, ориентируясь на устойчивые зоны плодородия, экономя ресурсы и снижая нагрузку на окружающую среду, — разъясняет почвовед-эколог Алексей Трубников. — Таким образом, мы перераспределяем удобрения, внося большее количество в более продуктивные зоны и уменьшая материал в менее продуктивных. Иными словами, удобрения применяются адресно, в плотной привязке к рельефу, что не позволяет им смываться в пруды, родники и овраги, а обязывает работать точно.

Важным шагом для начала работы в данном направлении становится выделение устойчивых зон продуктивности на поле. Это делается с применением технологии картирования урожайности. Большую роль здесь играют системы мониторинга урожайности на комбайнах. Например, система РСМ Карта урожайности благодаря установленным на комбайне датчикам собирает информацию о влажности и урожайности на каждом участке поля, а затем отправляет эти данные в платформу мониторинга РСМ Агротроник. Она, в свою очередь, их обрабатывает и выдает в виде цифровой карты, которая показывает участки поля с более высокой и более низкой урожайностью. Сопоставляя данные из Карты урожайности со снимками полей из космоса за несколько лет, агроном выявляет зоны устойчивого плодородия. После лабораторного анализа образцов почвы с участков с высокой и низкой урожайностью создаются карты заданий, которые загружаются в электронную систему машины для дальнейшего использования.

Таким образом, технология точного земледелия позволяет вносить удобрения в конкретную зону в строго определенном количестве. И чем более точно происходит воздействие, тем меньше расходуется ресурсов, что положительно сказывается на экосистеме.

Переработка и сокращение органических отходов

Переработка отходов — одна из самых животрепещущих тем, особенно в животноводстве. Так как любая ферма — по сути, не только источник получения продуктов, но и «фабрика» навоза. Отходов в этой отрасли больше, чем производимых животными продуктов, такова их физиология.

По данным ВНИИ органических удобрений и торфа (ВНИИОУ), ежегодный объем производства навоза и помета в России во всех категориях хозяйств составляет около 300 млн т в физической массе. И на фоне роста животноводческих комплексов «навозная проблема» обостряется с каждым днем. К 2030 году, по прогнозам ВНИИОУ, объем отходов такого рода может увеличиться до 314 млн т.

Традиционная и самая распространенная схема утилизации навоза, особенно для предприятий, имеющих собственное растениеводство, — внесение его на поля. И поскольку минеральные удобрения имеют постоянную тенденцию к удорожанию, внесение навоза в качестве основного удобрения может быть хорошим выходом и с точки зрения экономии (снижение расходов) и экологии (безотходности производства).

По расчетам инжиниринговой компании «Биокомплекс» (специализирующейся на проектировании систем переработки и утилизации навоза), заместить органикой дорогие минеральные удобрения возможно на 70–80%.

Эксперты отмечают, что разумное внесение навоза улучшает физические и химические свойства почти всех почв, особенно с низкой водоудерживающей способностью, грубо текстурированных или с низким содержанием органических веществ. Кроме того, по исследованиям почвоведов, внесение навоза в почву, помимо обогащения комплексом макро- и микроэлементов, улучшает ее структуру, а следовательно, способность удерживать воду и противостоять уплотнению и образованию корки.

Ценность и эффективность работы навоза в качестве удобрения зависит от многих факторов:

• вида животного,
• типа корма,
• особенностей содержания,
• процедуры хранения и обработки,
• климата и др.

При этом внесение навоза в почву сразу из животноводческих помещений невозможно: в нем накапливаются патогенная микрофлора, остатки (семена) сорняков, возбудители различных болезней. Поэтому в почву вносится только подготовленный (обеззараженный) субстрат. А формы его внесения могут быть различными.

Компост из глубокой подстилки

Наиболее эффективной формой внесения в почву считается компост. При компостировании создается благоприятная среда для развития аэробных, мезо- и термофильных бактерий и микроорганизмов, ускоряющих естественный процесс разложения органики, в результате чего образуется похожий на перегной продукт, который и называется компостом. Кроме того, на этапе компостирования уничтожаются болезнетворная микрофлора и возбудители тяжелых заболеваний (бруцеллеза, туберкулеза, холеры, тифа и др.), яйца гельминтов.

В хозяйствах, где используется содержание животных на глубокой подстилке, компост получают путем буртования. То есть подстилочный навоз с влажностью до 70% обеззараживают биотермическим методом путем рыхлой укладки его в бурты.

Принцип компостирования коровьего и свиного навоза один:

• отходы складируются (в определенном соотношении по углероду, азоту, калию, фосфору),
• выдерживаются от 6 до 12 месяцев,
• насыщаются кислородом с помощью перемешивания.

После «созревания» перегноя эту фракцию можно использовать в качестве удобрения.

Для ускорения процесса применяется экспресс-компостирование сырья на модульных ферментационных установках непрерывного действия.

В более сложном исполнении для переработки навоза или помета используются линии ускоренного микробиологического компостирования, с использованием отдельных ферментирующих блоков.

Гранулирование

Также одним из способов утилизации и запуска отходов в круговорот веществ можно назвать преобразование помета в органическое удобрение: помет либо просто подсушивается и гранулируется, либо проходит высокотемпературную обработку (пиролиз), в ходе которой изменяется содержание органического вещества.

Так, например, помет с птичников «Продо Птицефабрика Калужская» (входит в группу «Продо») в соответствии с техническим регламентом преобразуется в органическое удобрение «Универсальное», упаковывается и продается агрохозяйствам региона.

Разделение на фракции

Тренд последнего десятилетия — увеличение животноводческих комплексов с бесподстилочным содержанием животных. Это означает, что навоз с таких комплексов будет в основном смесью твердых и жидких частиц.

Как объясняют в компании «Биокомплекс», сейчас решение проблемы заключается в том, чтобы разделить навоз на фракции — жидкую и твердую. Для этого применяются специальные сепараторы, суть работы которых — в разделении (сепарировании) стоков: как густых, содержащих до 12% сухих веществ, так и сильно разбавленных, с содержанием сухих веществ менее 1%. Далее полученная твердая фракция также перерабатывается путем компостирования в удобрения, подстилку для КРС или топливо для пиролизных теплогенераторов.

Разделение навоза на фракции позволяет решить сразу несколько задач:

• снизить в 2,5 раза объем хранилищ для навоза,
• получить твердую фракцию для образования компоста,
• упростить технологию внесения,
• уменьшить сроки хранения,
• увеличить эффективность биологических очисток,
• минимизировать вредное влияние на окружающую среду.

Для ускоренного компостирования после сепарирования применяется обработка твердой фракции в специальном биореакторе — ферментере.

Обработка в таком реакторе служит для подсушки и обеззараживания твердых составляющих. Перерабатываемая в нем твердая фракция может использоваться не только на компост, но и в качестве подстилки для животных, позволяя экономить на приобретении, доставке и утилизации традиционных подстилочных материалов. А отработанную подстилку можно использовать или продать в качестве удобрения.

Жидкая фракция

Жидкая фракция после сепарации характеризуется нейтральной реакцией, высоким содержанием положительных биогенных элементов и благоприятным соотношением фосфора, азота и калия — 1,4:1,0:1,6. Таким субстратом можно проводить подкормку растений в период их вегетации для повышения урожайности. Кроме того, этот способ позволяет значительно снизить интенсивность запахов, минимум вдвое сократить объем выделений в атмосферу аммиака, сероводорода и других вредных газов (значительная часть источников удаляется на этапе разделения на фракции).

Это, в свою очередь, дает возможность в 1,5 раза уменьшить санитарно-защитную зону, в 2–4 раза увеличить нормы внесения органики, а следовательно, сократить сроки работ.

Внесение в почву происходит либо культиваторами с внутрипочвенным инжектированием, либо аппликаторами поверхностного вноса. Аппликатор поверхностного вноса чаще всего применяется для внесения жидкой фракции навоза. Культиватор же позволяет сразу во время внесения осуществлять заделку навоза в почву, кстати, не только жидкой фракции, но и неразделенного навоза тоже.

Удобрение полей не сепарированным навозом

Помимо внесения культиватором или аппликатором сепарированных фракций навоза, применяют также шланговую, или так называемую катушечную систему, где возить бочки на поля не требуется, а в качестве удобрения выступает не сепарированный навоз.

Принцип работы такой системы базируется на том, что основной магистральный шланг, куда насосом закачивается навоз из лагуны или навозонакопителя, прокладывается по земле к центру поля, которое планируется удобрять. К магистральному шлангу подсоединяется другой, который крепится к трактору и раскручивается к самому дальнему углу поля. Далее происходит разбрызгивание навоза, при этом сам шланг буксируется трактором челночным способом, пока не обработается вся площадь поля. В работе участвуют два трактора: основной мощностью 200–250 л. с., буксирующий шланг с аппликатором для вноса, и вспомогательный мощностью 150 л. с. для транспортировки катушек и укладки шлангов.

По наблюдениям начальника отдела технологии и охраны окружающей среды машиностроительного завода «Поток» (производит шланговые системы) Ирины Щеголевой, внесение неразделенного навоза полезнее для почвы. Так, отсепарированная навозная жижа практически не содержит сухого органического вещества, а именно оно отвечает за формирование гумуса и улучшение почвенной структуры.

— Кроме того, при работе с неразделенным навозом технологическая цепочка выстраивается только применительно к одной субстанции, а в случае разделения на фракции возникают уже две линии, каждая из которых требует обслуживания, техники, расходов, — констатирует Ирина Щеголева. — То есть практически трудозатраты при работе с навозом возрастают вдвое.

Биопереработка навоза

В мире активно набирает популярность переработка навоза в биогумус с участием живых организмов, например червей. Дождевые черви способны производить порядка полутора тонн биогумуса с каждого квадратного метра в год.

Надо сказать, что в России эта технология переработки мало распространена, однако и у нас она встречается. К примеру, технология утилизации органических отходов на основе компоста из навоза КРС с помощью промышленной линии дождевых (компостных) червей «Старатель».

А в компании «Энтопротэк» открыли и запатентовали биотехнологию, которая позволяет перерабатывать любые виды органики, в том числе помет и навоз, с помощью насекомых, в частности мухи Черной львинки. Всего в компании выработано более 4 тыс. разных рецептур субстрата.

Процесс переработки занимает от 7 до 10 дней. По истечении этого срока субстрат разделяется на живой зоогумус и живую биомассу. Первый досушивается, упаковывается и используется как органическое удобрение. А вторая поступает на линию сушки и концентрации протеина, превращаясь в высокобелковую кормовую добавку.

Электроэнергия из биогаза

Еще одним пока мало распространенным, но прогрессивным способом утилизации навоза и получения зеленого топлива можно назвать биогазовую технологию сбраживания отходов. То есть из продуктов разложения органических отходов образуются метан и углекислый газ, который называют биогазом.

Биогазовая установка выполняет функцию утилизации (как навоза, так и других отходов, например, с бойни и др.), переработки и производит энергию: из 1 м3 биогаза в генераторе можно выработать 2 кВт электроэнергии. К тому же эта технология позволяет получать более качественное удобрение, чем при компостировании, — тонна таких удобрений заменяет 100 т навоза.

Одной из причин того, что в России развитие этой технологии находится в зачаточном состоянии, можно назвать высокую стоимость оборудования и сложности с регламентированием подачи такой энергии в сеть.

На данный момент в России только две биогазовые станции, которые отдают зеленую энергию в сеть. Обе они находятся в Белгородской области и работают в том числе с отходами из свинокомплексов. Это станция «Лучки» — самая большая в России. Объем переработки отходов в год составляет порядка 100 тыс. тонн. Количество выработанной энергии в год — 29,3 млн кВт•ч. И «Байцуры» — первая биогазовая станция. Объем переработки отходов — около 13,2 тыс. тонн, выработанная энергия — 4,6 млн кВт•ч.

Итак, ресурсосберегающие технологии, применяющиеся с учетом точного земледелия, помогают в перспективе сократить расходы и снизить негативное влияние на окружающую среду. Переработка навоза же позволяет перейти животноводческим хозяйствам на безотходное производство, которое снижает затраты на удобрения и может приносить дополнительную прибыль.