Физические характеристики навоза
Технология хранения, удаления и обработки (переработки) навоза зависит от системы и способа содержания поголовья. Это обусловлено физическими свойствами полученного навоза, прежде всего его влажностью. Так с использованием подстилки получают твердый (подстилочный) навоз, который имеет влажность 60-80%. Если при содержании свиней подстилку не используют, получают бесподстилочный навоз, который за влажностью делят на группы:
- полужидкий - 80-92%;
- жидкий - 92-97%;
- навозные стоки - более 97%.
Влажность навоза зависит от возраста животных и рациона кормления. Так, при содержании свиней на сплошном полу без подстилки получают полужидкий навоз, при содержании на частично или полностью щелевом полу — жидкий. Если в системе удаления навоза используют гидросмыв, то на выходе из помещений образуются навозные стоки.
Наилучшие доступные технологии хранения навоза
Навозную жижу можно хранить под полностью или частично решетчатым полом в помещениях, где содержат животных. Срок хранения может быть достаточно коротким или продолжаться несколько недель/месяцев в гноесборной яме в помещении. Оттуда она обычно выводится во внешнее хранилище на ферме для дальнейшей обработки.
Системы хранения жидкого навоза
Эти системы могут отличаться: глубокие ямы с длительным периодом хранения или неглубокие каналы под полом в производственных помещениях, откуда грязь регулярно удаляется выкачиванием или гравитацией/гидросмывом соответственно. Их стены обычно из железобетона, сборных железобетонных модулей или бетонных блоков, покрытые водонепроницаемым покрытием. Каналы имеют плоскую или V-образную основу.
После удаления из производственных помещений, грязь в основном сохраняется в бетонных или стальных емкостях, или в лагунах.
Подземные резервуары используют для хранения небольшого количества навоза. Они могут играть роль промежуточных резервуаров, прежде чем навоз будет перекачанный в большие емкости. Это, как правило, герметичные квадратные конструкции, изготовленные из армированных блоков, железобетона, бетонных или стальных панелей.
Иногда большие резервуары строятся с железобетонных или бетонных панелей (до 5000 м3). Они также могут быть частично подземными (обычно меньшей емкости — до 3000 м3).
Надземные резервуары (обычно круглой формы) изготавливаются из изогнутых стальных панелей или бетонных секций. Стальные панели покрывают для защиты от коррозии, как правило, краской или керамическим слоем. Некоторые бетонные резервуары могут быть частично подземными. Главным образом все резервуары построены на основе из железобетона. В типичной системе у основного резервуара находится яма для приема навоза с решетчатой крышкой. Оттуда грязь перекачивается в основной резервуар насосом. Последний может также выполнять функцию смешивания.
Перед выкачиванием навоз, как правило, тщательно смешивают гидравлическими или пневматическими системами, чтобы получить гомогенную массу и равномерное распределение питательных веществ.
Типичный размер резервуара составляет 1500 м3, однако может варьироваться от 500 до 5000 м3. Емкость никогда не заполняется полностью — остается борт высотой не менее 0,5-0,75 м над навозной жижей.
Лагуны обычно применяют для хранения навоза в течение длительного периода. Они, как правило, имеют большую прямоугольную или квадратную форму с наклонными заземленными стенами с большей площадью поверхности в соотношении до глубины. Дно и стены устелены пленками из материалов, которые не допускают протекания.
Вместимость лагуны зависит от количества поголовья и, соответственно, навоза, который они производят. Их мощность в ЕС варьируется от 500 м3 до 7500 м3. Типичный размер — 1500 м3 на участке 15×30 м, глубина — 4 м (0,5-0,75 м борт над навозной жижей), для хранения 1,0-1,1 т/м3 в течение 6-10 месяцев. Срок использования лагун достигает 10-15 лет.
На многих фермах лагуны используют для биологического обеззараживания навоза. В зависимости от конструкции, скорости загрузки и типу имеющихся микроорганизмов в каждом резервуаре навоз хранится определенный промежуток времени, достаточный для аэробной или анаэробной обработки.
Лагуны запрещены в некоторых государствах-членах ЕС, если они не открыты. Типа покрытия:
- «Плотная» герметичная крышка или тент. Наиболее практичный метод уменьшения выбросов из резервуара. Несмотря на то, что такие покрытия должны хорошо прилегать или быть герметичными для минимизации воздухообмена, следует обеспечить незначительную вентиляцию, чтобы предотвратить накопление горючих газов, особенно метана.
- Плавающие покрытия. Непроницаемые плавающие покрытия (например пластик, брезент, геотекстиль) требуют вентиляции и удаления дождевой воды, которая скапливается на поверхности. Проницаемые плавающие покрытия (резаная солома, торф) должны быть тщательно защищены от ветра. Плавающие покрытия могут препятствовать гомогенизации навоза перед внесением и затруднять сам процесс внесения.
- Образование естественной корки. Минимизация перемешивания и добавления новой порции навоза ниже уровня поверхности обеспечат наращивание естественной корки, может значительно сократить выбросы NH3.
Системы хранения твердого навоза
А) Неглубокая подстилка. В места дефекации и отдыха животным подкладывается небольшое или умеренное количество подстилки, выполняющей функцию адсорбента. Небольшое количество свежего материала (преимущественно соломы) подкладывают ежедневно. Подстилку удаляют один-три раза в неделю.
Б) Глубокая подстилка. Формируется и сохраняется от нескольких недель (поросята, свиноматки) до нескольких месяцев (откорм свиней, свиноматок) в зависимости от технологически возрастной группы. Свежую солому добавляют по необходимости (обычно неделю).
Подстилочный навоз транспортируют с помощью фронтальных погрузчиков и хранят на водонепроницаемом бетонном основании под открытым небом или в закрытом помещении. Такие конструкции часто имеют стены, чтобы не допустить утечки, в частности с дождевой водой, а также дренаж с резервуаром для приема и накопления жидкой фракции. Также применяют двухэтажные конструкции, которые позволяют жидкой фракции навоза и дождевой воде стекать в бассейн под местом хранения навоза.
Хранения твердого навоза на водонепроницаемой поверхности (с системой сбора жидкой фракции и навесом) является наиболее распространенным вариантом в Европе. Однако все еще часто практикуется хранение в помещениях.
Перед разбрасыванием подстилочного навоза его могут хранить насыпью на полях от нескольких дней до нескольких недель в местах, где нет риска попадания утечек в наземные или подземные воды. В ЕС это регулируется на уровне страны.
Распространенные способы обработки/переработки навоза свиней на ферме
Причины обработки/переработки навоза перед внесением на поля:
- восстановить остаточную энергию (биогаз) в гное;
- уменьшить выбросы газов при хранении и/или внесении;
- отделить твердую фракцию от жидкой;
- уменьшить содержание азота в навозе по предотвращению загрязнения подземных и поверхностных вод и уменьшить запах;
- позволяет легко и безопасно транспортировать его,
- уменьшить эмиссию N и C из навоза во время хранения и внесения.
Согласно европейской практике (она для Украины приоритетная), жидкий навоз животных хранят в бетонных резервуарах, лагунах, навозосборных ваннах под решетчатым полом в производственных помещениях; твердый — в буртах или насыпью.
Срок хранения обычно определенный законодательно или в рекомендациях типа Кодекса лучших сельскохозяйственных практик: за 1-12 месяцев в зависимости от климата (в среднем — 6 месяцев). За этот период в навозе происходят сложные биохимические процессы (брожение, ферментация и т.д.), вследствие чего он обеззараживается и превращается в перегной (органическое удобрение), который вносят в почву на основе расчетов питательности навоза и результатов лабораторных анализов почвы. Средняя норма на территории ЕС составляет 20-40 м3 на 1 гектар. Количество и периоды внесений также определены в рекомендациях или закреплены законодательно (обычно запрещено с ноября по февраль).
В Европе получили распространение различные способы хранения и переработки навоза:
Хранение в емкостях с целью биотермического обеззараживания (период хранения будет зависеть от климатических условий, в среднем — 6 месяцев).
Сепарация отжимом на шнековом прессе: процесс работы шнекового сепаратора заключается в том, что грязь, поступая на шнековый вал, подается через камеру сита на выпускной клапан. Сопротивление раскрытию клапана создает давление, необходимое для отделения жидкости из навоза, проходящей через отверстия в сите и выводится через слив. Твердая фракция выходит через выпускной клапан.
Сепарация отжимом на фильтр-прессе. Шнековый фильтр-пресс предназначен для приема исходной массы навоза низкой влажности под высоким давлением. Позволяет получить твердую фракцию низкой влажности (70%).
Сепарация центрифугированием — навоз вращается в центрифуге на скорости 3000-4000 об./мин., что обеспечивает отделение жидкой и твердой фракций. Твердая фракция непрерывно удаляется из барабана низкоскоростным конвейером. Преимущества центрифуг: высокая производительность, твердая фракция навоза имеет влажность 75%.
Флокуляция — это элемент технологии сепарации навоза. Добавление флокулянта в жидкую фракцию повышает эффективность удаления сухих веществ.
Флотация. Этот физико-химический метод применяют после сепарирования навоза и позволяет максимально очистить жидкую фракцию от твердых частиц путем растворения воздуха в жидкой фракции под давлением и его высвобождения при атмосферном давлении в корпусе флотатора. Выделенный воздух образует крошечные пузырьки, которые прилипают к веществам, в результате чего взвешенные вещества всплывают на поверхность флотатора, где их потом можно удалить с помощью скиммера.
Сепарация барабанными фильтрами — сепарация навоза путем пропускания его через фильтровальные барабаны.
Снижение рН (подкисление) — снижение уровня рН с целью объединения аммиака с серной кислотой и образование сульфат аммония для предотвращения выбросов аммиака. Цель подкисления — уменьшение аммиачных выбросов из животного навоза (неприятный запах). Способ применяется для обработки жидкого животного навоза.
Повышение рН (известкование) — в некоторых случаях целесообразно повысить уровень рН в навозе, например, если это связано с отделением азота.
Температурная обработка и обработка давлением — обработка жидкой фракции путем ее нагрева до температуры выше 72 0С. В таком случае она становится безвредной, а большая часть органического материала подпадает под биологический распад.
Добавление в навоз ферментов — внесение биологически активных веществ, которые в свою очередь взаимодействуют с навозом, изменяя его характеристики и свойства. Это позволяет уменьшить выбросы газообразных соединений, неприятного запаха, изменить физические свойства навоза для облегчения его последующего использования, стабилизировать патогенные микроорганизмы.
Анаэробная переработка — это процесс биологической ферментации, при котором гомогенизированная жидкая биомасса ферментируется анаэробными микроорганизмами, которые естественно образуются в навозе животного происхождения при постоянной температуре 30-45 или 55 градусов. Ферментация ведет к образованию биогаза из метановой долей 60-65%.
Компостирование твердого навоза — форма анаэробной обработки, которая естественно происходит во время хранения навоза насыпью. Для получения удовлетворительной аэрации необходима высокая пористость навоза (30-50%). Температура компоста может достигать 50-70% и убивает все патогенные микроорганизмы. Таким способом обрабатывается навоз с долей сухого вещества до 85%.
Компостирование жидкого навоза — процесс компостирования жидкого навоза с добавлением умеренного количества соломы. Такой процесс используют для улучшения качеств жидкой фракции навоза НЕ осушая его или не делая его твердым.
Сушка и гранулирование — процесс обезвоживания навоза, после чего твердую фракцию прессуют. Благодаря этому методу уменьшается объем навоза, что облегчает хранение и утилизацию (сжигание). При этом уменьшается также неприятный запах.
Горение/сжигание фракции клетчатки или твердого навоза — процесс сжигания клетчатки, глубокой подстилки или других сухих компонентов навоза. В результате образуется пепел, который потом используют в качестве удобрения.
Пиролиз и термическая газификация — термическая газификация является более эффективным процессом, чем сжигание. При термической газификации биомассы (навоз) нагревается до высокой температуры, при которой большинство органических веществ превращается в газы.
Обратный осмос — это мембранная фильтрующая технология с использованием полупроницаемой мембраны. Обычно эта процедура состоит из простой механической сепарации, после которой — ультрафильтрация.
Ионный обмен и деминерализация — удаление всех минералов с почти чистой воды путем фильтрации и химической седиментации.
Аэрация — это биологический процесс, в котором аэробные микроорганизмы насыщают кислородом массу навоза, что позволяет уменьшить выбросы неприятных запахов.
Озонирование — обработка навоза озоном (который выполняет функцию флокулянта), с последующей его сепарацией путем флотации.
Нитрификация и денитрификация — это процесс преобразования азота в жидком навозе в свободный азот. Используется такая технология на очистных сооружениях.
По материалам журнала «Прибыльное свиноводство» №1, февраль 2018