Фізичні характеристики гною
Технологія зберігання, видалення та обробки (переробки) гною залежить від системи та способу утримання поголів’я. Це обумовлено фізичними властивостями отриманого гною, насамперед його вологістю. Так за використання підстилки отримують твердий (підстилковий) гній, який має вологість 60–80%. Якщо при утриманні свиней підстилку не використовують, отримують безпідстилковий гній, який за вологістю ділять на групи:
- напіврідкий – 80–92%;
- рідкий – 92–97%;
- гнойові стоки – більше 97%.
Вологість гною залежить від віку тварин та раціону годівлі. Так, при утриманні свиней на суцільній підлозі без підстилки отримують напіврідкий гній, при утриманні на частково або повністю щілинній підлозі — рідкий. Якщо в системі видалення гною використовують гідрозмив, то на виході з приміщень утворюються гнойові стоки.
Найкращі доступні технології зберігання гною
Гноївку можна зберігати під повністю або частково решітчастою підлогою в приміщеннях, де утримують тварин. Термін зберігання може бути досить коротким або тривати кілька тижнів/місяців у гноєзбірній ямі у приміщенні. Звідти вона зазвичай виводиться у зовнішнє сховище на фермі для подальшої обробки.
Системи зберігання рідкого гною
Ці системи можуть відрізнятися: глибокі ями з тривалим періодом зберігання чи неглибокі канали під підлогою у виробничих приміщеннях, звідки гноївка регулярно видаляється викачування чи гравітацією/гідрозмивом відповідно. Їхні стіни зазвичай із залізобетону, збірних залізобетонних модулів або бетонних блоків, що вкриті водонепроникним покриттям. Канали мають плоску або V-подібну основу.
Після видалення з виробничих приміщень, гноївка переважно зберігається в бетонних чи сталевих ємностях, чи в лагунах.
Підземні резервуари використовують для зберігання невеликої кількості гною. Вони можуть грати роль проміжних резервуарів, перш ніж гній буде перекачаний у великі ємності. Це, як правило, герметичні квадратні конструкції, виготовлені з армованих блоків, залізобетону, бетонних чи сталевих панелей.
Іноді більші резервуари будуються із залізобетонну або бетонних панелей (до 5000 м3). Вони також можуть бути частково підземними (зазвичай меншої ємності — до 3000 м3).
Надземні резервуари (традиційно круглої форми) виготовляються з вигнутих сталевих панелей або бетонних секцій. Сталеві панелі покривають для захисту від корозії, як правило, фарбою або керамічним шаром. Деякі бетонні резервуари можуть бути частково підземними. Головним чином всі резервуари побудовані на основі із залізобетону. У типовій системі біля основного резервуару знаходиться яма для прийому гноївки з решітчастою кришкою. Звідти гноївка перекачується в основний резервуар насосом. Останній може також виконувати функцію змішування.
Перед викачуванням гній, як правило, ретельно змішують гідравлічними або пневматичними системами, щоб отримати гомогенну масу та рівномірний розподіл поживних речовин.
Типовий розмір резервуару становить 1500 м3, проте може варіювати від 500 до 5000 м3. Ємність ніколи не заповнюється повністю — залишається борт висотою щонайменше 0,5–0,75 м над гноївкою.
Лагуни зазвичай застосовують для зберігання гною протягом тривалого періоду. Вони, як правило, мають велику прямокутну або квадратну форму з похилими заземленими стінами з більшою площею поверхні у співвідношенні до глибини. Дно і стіни устелені плівками з матеріалів, що недопускають протікання.
Місткість лагуни залежить від кількості поголів’я і, відповідно, гною, який вони продукують. Їхня потужність у ЄС варіює від 500 м3 до 7500 м3. Типовий розмір — 1500 м3 на ділянці 15 × 30 м, глибина — 4 м (0,5–0,75 м борт над гноївкою), для зберігання 1,0-1,1 т/ м3 протягом 6–10 місяців. Термін використання лагун сягає 10–15 років.
На багатьох фермах лагуни використовують для біологічного знезараження гноївки. Залежно від конструкції, швидкості завантаження та типу наявних мікроорганізмів у кожному резервуарі гній зберігається певний проміжок часу, достатнього для аеробної або анаеробної обробки.
Лагуни не дозволені в деяких державах-членах ЄС, якщо вони не відкриті. Типи покриття:
- «Щільна» герметична кришка або тент. Найпрактичний метод зменшення викидів з резервуару. Незважаючи на те, що такі покриття повинні добре прилягати або бути герметичними для мінімізації повітрообміну, слід забезпечити незначну вентиляцію, щоб запобігти накопиченню горючих газів, особливо метану.
- Плаваючі покриття. Непроникні плаваючі покриття (наприклад пластик, брезент, геотекстиль ) вимагають вентиляції і видалення дощової води, яка накопичується на поверхні. Проникні плаваючі покриття (різана солома, торф) повинні бути ретельно захищені від вітру. Плаваючі покриття можуть перешкоджати гомогенізації гною перед внесенням і ускладнювати сам процес внесення.
- Утворення природної кірки. Мінімізація перемішування і додавання нової порції гноївки нижче рівня поверхні забезпечать нарощування природної кірки, що може значно скоротити викиди NH3.
Системи зберігання твердого гною
А) Неглибока підстилка. У місця дефекації та відпочинку тваринам підкладається невелика або помірна кількість підстилки, що виконує функцію адсорбенту. Невелику кількість свіжого матеріалу (переважно соломи) підкладають щодня. Підстилку видаляють один–три рази на тиждень.
Б) Глибока підстилка. Формується і зберігається від кількох тижнів (поросята, свиноматки) до кількох місяців (відгодівля свиней, свиноматок) залежно від технологічно-вікової групи. Свіжу солому додають за потребою (звичайно щотижня).
Підстилковий гній транспортують за допомогою фронтальних навантажувачів і зберігають на водонепроникній бетонній основі під відкритим небом чи у закритому приміщенні. Такі конструкції часто мають стіни, щоб недопустити витоку, зокрема із дощовою водою, а також дренаж з резервуаром для прийому та накопичення рідкої фракції. Також застосовують двоповерхові конструкції, які дозволяють рідкій фракції гною та дощовій воді стікати в басейн під місцем зберігання гною.
Зберігання твердого гною на водонепроникній поверхні (із системою збору рідкої фракції та накриттям) є найбільш поширеним варіантом у Європі. Проте все ще часто практикується зберігання у приміщеннях.
Перед розкиданням підстилкового гною його можуть зберігати насипом на полях від кількох днів до кількох тижнів у місцях, де немає ризику потрапляння витоків у наземні чи підземні води. У ЄС це регулюється на рівні країни.
Поширені способи обробки/переробки гною свиней на фермі
Причини обробки/переробки гною перед внесенням на поля:
- відновити залишкову енергію (біогаз) у гною;
- зменшити викиди газів під час зберігання та / або внесення;
- відокремити тверду фракцію від рідкої;
- зменшити вміст азоту у гноївці для запобігання забруднення підземних та поверхневих вод і зменшити запах;
- дозволяє легко та безпечно транспортувати його;
- зменшити емісію N та C з гною під час зберігання та внесення.
Згідно з європейською практикою (вона для України пріоритетна), рідкий гній тварин зберігають у бетонних резервуарах, лагунах, гноєзбірник ваннах під решітчастою підлогою у виробничих приміщеннях; твердий — у буртах або насипом
Термін зберігання зазвичай визначений законодавчо або у рекомендаціях типу Кодексу найкращих сільськогосподарських практик: упродовж 1–12 місяців залежно від клімату (у середньому 6 місяців). За цей період у гною відбуваються складні біохімічні процеси (бродіння, ферментація тощо), унаслідок чого він знезаражується та перетворюється в перегній (органічне добриво), який вносять у ґрунт на основі розрахунків поживності гною та результатів лабораторних аналізів ґрунту. Середня норма на теренах ЄС становить 20–40 м3 на 1 гектар. Кількість та періоди внесень також визначено в рекомендаціях або закріплено законодавчо (зазвичай заборонено з листопаду по лютий).
В Європі набули поширення різні способи зберігання та переробки гною:
Зберігання в ємностях з метою біотермічного знезараження (період зберігання залежатиме від кліматичних умов, у середньому — 6 місяців).
Сепарація віджимом на шнековому пресі: процес роботи шнекового сепаратора полягає в тому, що гноївка, поступаючи на шнековий вал, подається через камеру сита на випускний клапан. Опір розкриттю клапана створює тиск, необхідний для відділення рідини з гною, що проходить через отвори у ситі і виводиться через злив. Тверда фракція виходить через випускний клапан.
Сепарація віджимом на фільтр-пресі. Шнековий фільтр-прес призначений для приймання вихідної маси гною низької вологості під високим тиском. Дозволяє отримати тверду фракцію низької вологості (70%).
Сепарація центрифугуванням — гній обертається в центрифузі на швидкості 3000-4000 об./хв., що забезпечує відділення рідкої та твердої фракцій. Тверда фракція безперервно видаляється з барабану низькошвидкісним конвеєром. Переваги центрифуг: висока продуктивність, тверда фракція гною має вологість 75%.
Флокуляція — це елемент технології сепарації гною. Додавання флокулянту у рідку фракцію підвищує ефективність видалення сухих речовин.
Флотація. Цей фізико-хімічний метод застосовують після сепарування гною і дозволяє максимально очистити рідку фракцію від твердих часточок шляхом розчинення повітря у рідкій фракції під тиском та його вивільнення при атмосферному тиску в корпусі флотатора. Виділене повітря утворює крихітні бульбашки, які прилипають до завислих речовин, в результаті чого завислі речовини спливають на поверхню флотатора, де їх потім можна видалити за допомогою скімера.
Сепарація барабанними фільтрами — сепарація гною шляхом пропускання його через фільтрувальні барабани.
Зниження рН (підкислення) — зниження рівня рН з метою поєднання аміаку з сірчаною кислотою та утворення сульфат амонію для запобігання викидам аміаку. Мета підкислення – зменшення аміачних викидів з тваринного гною (неприємний запах). Спосіб застосовується для обробки рідкого тваринного гною.
Підвищення рН (вапнування) — в деяких випадках доцільним є підвищити рівень рН у гноївці, наприклад, якщо це пов’язано з відділенням азоту.
Температурна обробка та обробка тиском — обробка рідкої фракції шляхом її нагрівання до температури вище 72 0С. В такому випадку він стає нешкідливим, а більша частина органічного матеріалу підпадає під біологічний розпад.
Додавання до гною ферментів — внесення біологічно активних речовин, які в свою чергу взаємодіють з гноєм, змінюючи його характеристики та властивості. Це дозволяє зменшити викиди газоподібних сполук, неприємного запаху, змінити фізичні властивості гною для полегшення його подальшого використання, стабілізувати патогенні мікроорганізми.
Анаеробна переробка — це процес біологічної ферментації, при якому гомогенізована рідка біомаса ферментується анаеробними мікроорганізмами, які природньо утворюються в гної тваринного походження при постійній температурі 30-45 або 55 градусів. Ферментація веде до утворення біогазу з метановою часткою 60-65%.
Компостування твердого гною — форма анаеробної обробки, яка природньо відбувається під час зберігання гною насипом. Для отримання задовільної аерації необхідна висока пористість гною (30-50%). Температура компосту може сягати 50-70% і вбиває всі патогенні мікроорганізми. Таким способом обробляється гній з часткою сухої речовини до 85%.
Компостування рідкого гною — процес компостування рідкого гною з додаванням помірної кількості соломи. Такий процес використовують для покращення якостей рідкої фракції гною не осушуючи його або не роблячи його твердим.
Сушка та гранулювання — процес зневоднення гною, після чого тверду фракцію пресують. Завдяки цьому методу зменшується об’єм гною, що полегшує зберігання та утилізацію (спалення). При цьому зменшується також неприємний запах.
Горіння/спалювання фракції клітковини або твердого гною — процес спалювання клітковини, глибокої підстилки або інші сухих компоненти гною. В результаті утворюється попіл, який потім використовують в якості добрива.
Піроліз та термічне газифікування — термічна газифікація є високоефективнішим процесом, ніж спалювання. При термічній газифікації біомаса (гній) нагрівається до високої температури, за якої більшість органічних речовин перетворюється на гази.
Зворотній осмос — це мембранна фільтруюча технологія з використанням напівпроникної мембрани. Зазвичай ця процедура складається з простої механічної сепарації, після якої — ультрафільтрація.
Іонний обмін та демінералізація — видалення всіх мінералів з майже чистої води шляхом фільтрації та хімічної седиментації.
Аерація — це біологічний процес, в якому аеробні мікроорганізми насичують киснем масу гною, що дозволяє зменшити викиди неприємних запахів.
Озонування — обробка гною озоном (який виконує функцію флокулянта), з подальшою його сепарацією шляхом флотації.
Нітрифікація та денітрифікація — це процес перетворення азоту в рідкому гною у вільний азот. Використовується така технологія на очисних спорудах.
За матеріалами журналу «Прибуткове свинарство» №1, лютий 2018 р.