Способи знезараження відходів тваринництва для отримання якісних органічних добрив
Пасічник Н.А., к.с.-г.н., доцент , Опришко О.О., к.с.-г.н., доцент ,
Національний університет біоресурсів і природокористування України
Опришко Н.О., к.с.-г.н., ст.наук.співробітник, НААН
Органічним добривам належить історична першість у землеробській практиці. І за складом це (перш за все, відходи тваринництва) - найбагатші удобрювальні речовини, які містять макро- і мікроелементи, органічні сполуки, стимулятори росту й інші фізіологічно активні речовини, а також мікроорганізми та продукти їхньої життєдіяльності.
Ведення тваринництва на промисловій основі супроводжується циклом збирання, видалення, зберігання, знезаражування й використання гною та гнойових стоків. Органічні відходи тварин, крім удобрювальних властивостей, є джерелом насіння бур’янів, шкідливих бактерій, яєць гельмінтів, які не припиняють своєї життєдіяльності й розвитку після внесення в ґрунт. Підвищена сприйнятливість сільськогосподарських культур до свіжого гною призводить до забруднення ґрунтових вод і повітряного басейну, створює сприятливе середовище для зараженості ґрунту шкідливими мікроорганізмами. Зараження тварин відбувається під час випасання на заражених пасовищах, згодовуванні зараженими кормами, напуванні нечистою водою. Хворі на гельмінтоз тварини споживають на 11% кормів більше, ніж здорові, корови дають в середньому на 191,6 кг молока менше, знижуються прирости ваги на 10-15%.
Дослідженнями науковців-ветеринарів, мікробіологів встановлено, що в рідкому гної збудники вірусних захворювань тварин зберігають свою життєздатність від 40 до більш як 100 діб, тривалість виживання збудників туберкульозу може сягати більше 1 року. У зв'язку із цим необхідно відмовитися від практики вивозу непідготовленого гною, який одержують в стійловий період, вжити заходів щодо його переробки та зберіганню з метою одержання якісного органічного добрива.
Вже відомі й досліджені способи знезараження відходів тваринництва, проте вони не набули широкого впровадження. Останнє пов’язане, скоріше, не з рентабельністю чи доступністю, а з екологічною політикою господарювання, більшими матеріальними витратами на транспортування, будівництво площадок для компостування, відстійників ізводонепроникним покриттям, споруд з устаткуваннями для метанового зброджування, зайняттям більших площ під спорудження, у тому числі під ставки, для біоочистки та підготовки гною до подальшої обробки. Крім того, залишається відкритим питання надійності існуючих методів знезараження.
На сьогодні існують хімічні, термічні, біологічні й механічні способи знезараження рідкого гною. Механічний спосіб включає різні механічні перетворення гнойових мас – відстоювання, прискорена сепарація тощо. Рідкий гній, інші тваринницькі стоки протягом 6-12 місяців витримуються в накопичувачах. Для цих операцій використаються сховища рідкого й напіврідкого гною шириною 12-24 і глибиною до 6 м, довжина підбирається для конкретного випадку. Більше густі фракції гною буртуються на спеціальних ділянках для компостування. Для цього гнойові маси змішуються бульдозерами з торфом, соломою, рослинними рештками тощо. У буртах відбуваються біохімічні реакції з виділенням енергії, внаслідок чого усередині буртів піднімається температура. Це обумовлює різке зниження кількості хвороботворної мікрофлори й гельмінтів. За буртування знезараження посилюють обробкою рідким аміаком, який слід вводити у самі низинні шари гноєсховища за допомогою голки. Ефективнішим для механічної сепарації тваринницьких відходів є шнековий прес, який дозволяє відокремлювати всю вільну воду і значну частину зв’язаної води.
Основними недоліками механічного способу знезаражування є облаштування накопичувачів великих розмірів, тривалий строк витримування, неповне знезараження. Адже навіть після 1,5-річної витримки здатні зберігати життєздатність 30-80 % яєць гельмінтів.
Хімічний спосіб,пов’язаний із застосуванням хімічних сполук, спрямований, перш за все, на знищення неприємного запаху, вирівнювання рН середовища. Для знезараження застосовують аміак, формальдегід, інші сполуки. При обробці формальдегідом (у вигляді 40% розчину) його кількість не повинна перевищувати 30 % маси гною. Додавання до рідкого гною 190 мг/л формальдегіду спричиняється його знезараження через 22 години за умови періодичної гомогенізації протягом 3 годин і температурі стоків 16...20°С. Знезаражування проводять також формаліном (витрата 7,5 л/м3 гною). При цьому необхідні перемішування протягом 6 годин і витримка 24 години. Ефективним є застосування менш агресивних сполук. Так, додавання сульфату амонію (NH4)2SO4 нейтралізує сірководень і похідні азоту. Застосування безпечного гідроокису калію значно спрощує знезаражування гною в будь-яких господарствах. До речі, його ефективність вища, ніж у формальдегіду. Важливо враховувати, що знищення мікрофлори перетворює гній у біологічно активне середовище, позбавлене токсинів і сприятливе для будь-яких мікроорганізмів (корисних чи шкідливих), які можуть в нього потрапити.
Термічний спосіббазується на діапазонах температурного режиму життєдіяльності живих організмів на різних стадіях розвитку. Для дегельмінтизації достатнє нагрівання гною до 70...80°С, для повної стерилізації стоків - 120-130°С. На великих агропромислових комплексах пропонується метод іонізуючого випромінювання, що дозволяє надійно знезаражувати рідкий гній, засіяний патогенними вегетативними формами мікроорганізмів, вірусами і яйцями гельмінтів. У рідкому гної інактивація збудника ящура настає після впливу іонізуючого випромінювання дозою 0,9 Мрад; хвороби Ауэски – 0,8 Мрад; Листероза – 0,4 Мрад. При іонізуючому способі знезаражування одночасно з патогенними мікроорганізмами гине насіння бур'янів. Після гама-опромінення в оброблених стоках радіації не спостерігається. Крім того, рідкий гній частково дезодорується, збільшується осаджуваність речовин. Рідкий гній, знезаражений таким способом, можна використовувати для зрошення, рециркуляції. Однак впровадження цього методу стримується через необхідність застосування порівняно дорогих джерел випромінювання.
Біологічний спосіб є найперспективнішим і протягом останніх десятиріч заслуговує на особливу увагу як вчених, так і виробничників. При цьому біологічними “реагентами” можуть бути представники від окремих органічних сполук (ферментів) до мезофауни (гібриди дощового черв’яка). Процеси біологічної переробки відходів відбуваються в двох принципово відмінних циклах – аеробному (з доступом кисню) і анаеробному (безкисневому).
Анаеробна переробкагною супроводжується виділенням неприємних шкідливих газів, проте є одним із найефективніших способів знезараження. Вирішення саме цього питання посприяло створенню ефективних пристроїв для метанового зброджування органічних мас – біологічних гумусно-газових установок. За даними експериментальних досліджень, десятиденне метанове збродження гною в бродильних камерах біогазової установки забезпечує повне знезараження гною від яєць і личинок ряду гельмінтів - аскарид, трихоцефалят, дикройцелей і стронголят.
Одночасно істотно підвищуються удобрювальні якості органічного добрива, за рахунок збереження азоту й перетворення значної його частини в легкозасвоювану рослинами мінеральну форму. Розпад органічних речовин супроводжується частковим окисленням вуглецю у вуглекислоту, виділенням метану і тепла. З кожної тонни гною виділяється в середньому 50 м3 біогазу. Біогаз - суміш газів, яка утворюється за анаеробного розпаду органічної речовини. Його основні компоненти: метан (СН4) - 55-75 % і вуглекислий газ (СО2) - 28-43 %, у невеликій кількості присутні інші гази, наприклад, сірководню (Н2S). Для анаеробного метанового зброджування необхідні спеціальне устаткування, витримка оптимальних умов – захист бродильних камер від проникнення повітря й світла, слаболужна реакція середовища (рН у межах 7-7,8), співвідношення вуглецю й азоту C/N в межах 10...16, вміст летких жирних кислот не більше 2 000 мг/л.
Добування й використання біогазу, як і інших видів біоресурсів, стало актуальним питанням сучасної науки, виробництва, комунального господарства. Детальні технології, готове устаткування, сервіс достатньо пропонуються на ринку. Впровадження біоенергетичних установок є раціональною з’єднувальною ланкою у ланцюзі людина – сільськогосподарське виробництво – природне середовище.
Аеробна переробкаорганічних відходів пов’язана, перш за все, з виготовленням компостів і вермикомпостів. Проте їй передує доведення органічних мас до потрібного стану в анаеробних умовах. Розроблений на кафедрі агрохімії та якості продукції рослинництва Національного університету біоресурсів і природокористування України, під керівництвом академіка М.М.Городнього і член-кореспондента А.В.Бикіна спосіб біоконверсії органічних відходів набув визнання й значного поширення в розвинених країнах близького й далекого зарубіжжя. Ринок добрив в Україні пропонує зовсім недешеві вермикомпости різних торгових марок, витяжки з них, органо-мінеральні добрива на їх основі. І говорячи про знезараження відходів тваринництва, не можна залишити поза увагою цей ефективний економічно і екологічно спосіб.
Для забезпечення швидкої та якісної переробки органічних відходів до кінцевих продуктів біоконверсії необхідне суворе дотримання всіх технологічних параметрів. Технологія біовермикомпостування передбачає 3 основні етапи утилізації відходів: попередня підготовка, безпосереднє вермикомпостування і доробка отриманих продуктів. Необхідність проведення попередньої підготовки органічних відходів викликана технологічними особливостями біовермикомпостування, які базуються на специфічному відношенні вермикультури до напрямку процесів розкладу органічної речовини. При використанні неферментованих відходів внаслідок утворення в процесі мінералізації окремих сполук життєдіяльності вермикультури повністю інгібуються. Проведення ферментації як обов’язкового технологічного прийому при біовермикомпостуванні обумовлене й необхідністю знезараження органічних відходів від збудників кишкових хвороб, гельмінтів, комах, вегетативних і генеративних органів бур’янів. Для ферментації вибирають ділянку із заляганням ґрунтових вод не вище 1 м, з нахилом до 3°. За умов, коли тривалість періоду ферментації не є лімітованою, найкращі результати отримали при пухко-пресованому способі закладки буртів. При цьому забезпечується максимальне збереження поживних і органічних речовин у субстраті на час заселення його вермикультурою. При даному способі органічний матеріал складають шарами завтовшки 1 м в бурт шириною до 3 м, спочатку не щільно, а потім, коли температура в шарі досягне 60-70° С, тобто на 3-5 день, його ущільнюють. Так складають шар за шаром до висоти 1,5-2 м, ущільнюючи кожен з них тільки після сильного розігріву. В даному випадку температура в органічній масі знижується до 30-35° С, і процес ферментації проходить в анаеробних умовах. Висока температура органічного матеріалу сприяє знезараженню відходів від збудників кишкових захворювань, яєць гельмінтів, личинок мурашок та інших комах, а також насіння бур'янів.
При підготовці матеріалу була використана література:
1. Городний Н.М., Тивончук С.А., Бэрри Э.С., Быкин А.В. Биоконверсия в управлении агроэкосистемами. – К.: УкрИНТЭИ, 1996.
2. Методичні вказівки та рекомендації з біотехнологічних методів переробки органічних відходів міст та їхнє використання / Укл.: М.М.Городній, О.І.Бондар, А.В.Бикін, О.М.Дульгеров, Н.А.Пасічник, А.Ю.Нудьга, М.М.Мовчан; За заг. ред. М.М.Городнього – К.: ТОВ “Алефа”, 2003.
3. Швацький В.В., Мовсесов Г.Є., Павліченко В.М., Виробництво біогазу в сільському господарстві України// Науковий вісник НАУ. – 2004. - №73.
4. Дубровін В.О., Городній М.М., Пасічник Н.А. Альтернативні джерела енергії та обладнання: У кн. Наукове забезпечення сталого розвитку сільського господарства в Лісостепу України. Монографія в 2-х томах. – Кабінет Міністрів України. Національний аграрний університет. К.: ТОВ “Алефа”, 2003. – Т.2. – С.336-349.
5. Городній М.М., Пасічник Н.А. Альтернативи безвідходного господарювання / Тезисы докладов конференции с международным участием “Сотрудничество для решения проблемы отходов”. – Харьков, 2004. – С.263-265.