Животноводческие стоки — как сменить вред на пользу для земли

Согласно статистическим данным, за сутки из свинокомплекса на 24 тыс. голов удаляется 151 м³ стоков, а за год — 55 тыс. м³. Молочный комплекс на 1200 скотомест за сутки выделяет 93,8 м³, за год — 34,2 тыс. м³. 

А что с воздухом? Вытяжной вентиляцией из животноводческих помещений удаляются миллиарды бактерий, газы и пыль. Со свиноводческого предприятия на 54 тыс. голов за сутки удаляется в атмосферу 578,4 кг аммиака, 3,14 кг сероводорода, 7,99 кг меркаптанов, 95,8 кг углекислого газа и 167,24 кг пыли, а также 4548,09 млрд микробных тел. 

Увеличение количества стоков повышает опасность загрязнения окружающей среды, повышает затраты на их очистку и обеззараживание (Г.К. Волков, 1989). Избыточное внесение жидких органических удобрений ухудшает качество растениеводческой продукции из-за «переполнения» нитратами. Фиксируются случаи, когда количество нитратов в сухой массе многолетних трав превышает 10 тыс. мг/кг, что в 10 раз больше норматива NO₃ в сене и в 5 раз в травяной муке.

Подсчитано, что при производстве 1 т свинины на комплексе расходуется более 88 м³ чистой воды. Причем на большинстве предприятий промышленного типа наблюдается ее перерасход на 20-30% относительно проектных показателей. Иначе говоря, при гидросмыве экскременты животных разбавляются в 5 раз и более, что обусловливает обилие жидкой органики.

О том, как изменяется объем стоков в зависимости от технологии можно судить по данным таблицы.

Животноводческие комплексы являются одним из основных источников загрязнения поверхностных и подземных вод, так как безграмотная утилизация бесподстилочного навоза в почву ухудшает качество грунтовых вод.

На качество природных вод жидкие органические удобрения оказывают существенное влияние, особенно при их бесхозяйственном использовании, о чем свидетельствуют материалы ЕЭК ООН по проблеме загрязнения водных ресурсов отходами животноводства. Повышенное содержание нитратов в питьевых колодцах отдельных регионов нередко связывают с животноводстом (А. Дернинг, Х. Браф, 1992).

На основании исследований сделан вывод о том, что потери минерального азота и других соединений обусловлены прежде всего нормами полива. При возделывании многолетних трав питательные вещества вымывались намного слабее, чем на паровой площадке. Это свидетельствует о недопустимости вневегетационных поливов, поскольку основной путь сокращения потерь нитратов — биологическая аккумуляция их растениями.

Особенно нецелесообразна избыточная нагрузка стоков на дерново-подзолистых песчаных почвах. При поливной норме 30 мм (плюс 20 мм атмосферных осадков) вымывание азота и органического вещества составляло здесь соответственно 9 и 13% от внесенного количества. В этом случае интенсивно выносились из слоя почвы 0-30 см не только нитраты, но и аммоний. Учитывая непредсказуемость погодных условий и возможность выпадения атмосферных осадков непосредственно после внесения жидкой органики, дерново-подзолистые песчаные почвы Беларуси меньше всего подходят для утилизации таких удобрений. Необходимо контролировать и уровни грунтовых вод. При их более глубоком стоянии и увеличении мощности корнеобитаемого слоя почвы вымывание элементов питания снижается.

Недопустимо применять избыточные дозы стоков, тем более что на 5-й год орошения стоками содержание нитратов на глубине 6 м достигало 130 мг/л при ПДК 45 мг/л, поэтому норма стоков в расчете на азот не должна превышать 160-200 кг/га. Такое количество удобрений продуктивно используется растениями, что исключает их миграцию за пределы корнеобитаемого слоя почвы (рис. 2).

На участках, удобренных из расчета 300 кг/га азота, из почвы вымывается даже фосфор. Так, на контрольном варианте грунтовые воды торфяно-глеевой почвы содержали 0,25 мг/л PO₄^3-, а при орошении стоками — 0,64 мг. Многократно больше его было в микропонижениях, которые также способствовали загрязнению органическим веществом, железом и цинком. Вымывание нитратов, аммония, фосфора и других элементов наблюдалось не только на торфяных, но и на дерново-подзолистых супесчаных почвах, подстилаемых песком с глубины 0,4-0,5 м.

Пестрота микрорельефа на ЗПО приводит к перераспределению питательных веществ по площади, что влияет на качество грунтовых вод. Коэффициент варьирования содержания в них кальция и нитратов возрос на таких участках в 5 раз по сравнению с ровной поверхностью. Не меньше вреда приносит и поверхностный сток, с которым может теряться 1/3 азота и 17% фосфора из животноводческих стоков. Одним из путей сокращения потерь является выравнивание поверхности орошаемых угодий и соблюдение научно обоснованного режима орошения, исключающего превышение поливных норм.

Настораживает и то, что грунтовые воды, особенно на дерново-подзолистых супесчаных почвах, а также дренажный сток имели неблагоприятные санитарно-микробиологические показатели. Коли-индекс бактерий группы кишечной палочки (БГКП) составлял несколько десятков тысяч в 1 л и существенно превышал ПДК. Все это свидетельствует о высоких дозах стоков и несовершенной системе подготовки их для удобрительных поливов. Она заключается лишь в механическом разделении бесподстилочного навоза на твердую и жидкую фракции с отставанием последней в резервуаре осветленных стоков (РОС). Такая технология не гарантирует полного обеззараживания экскрементов животных. В итоге коли-индекс БГКП осветленных стоков находился на уровне 238 тыс./л.

Применение повышенных норм этих удобрений обусловлено недостатком площадей орошения. По нашим данным, только для утилизации жидкой фракции стоков свинокомплексов на 54 тыс. голов необходимо иметь около 1200 га ЗПО, а с учетом влажных лет и необходимости ремонта поливного оборудования эту цифру надо увеличить примерно на 10%. Для эффективного использования всего объема бесподстилочного навоза (включая твердую фракцию стоков) при дозах внесения азота 160- 200 кг/га потребуется 2000-2400 га. Фактически же вблизи таких комплексов площадь утилизации 1,5-2,0 раза меньше. Поэтому ежегодно на каждый гектар за счет удобрительных поливов попадает в среднем по 300 кг азота и более, что приводит к загрязнению близкорасположенных к поверхности грунтовых вод, а следовательно, и дренажного стока.

Огромные объемы животноводческих стоков обусловлены применением гидросмыва для удаления навоза из помещений. При этом жидкая фракция обедняется основными элементами питания растений: в ней уже содержится в 5-10 раз меньше азота, фосфора и калия, чем в обычном подстилочном навозе. Особенно низкая концентрация питательных веществ в осветленных стоках свинокомплексов. При этом общий азот у них представлен преимущественно аммиачной формой, а количество нитратов не выходит за пределы, что обусловлено анаэробными условиями в резервуарах осветленных стоков.

Более высокое содержание элементов питания в навозных стоках предприятий промышленного типа по откорму КРС связано с меньшим разбавлением экскрементов водой, поскольку на фермах не применяется гидросмыв, а самотечные системы постоянного или периодического действия.

В настоящее время отходы животноводства используются преимущественно в качестве удобрений. Их вносят с помощью мобильного транспорта или дождевальных установок, хотя в последнем случае на объекте должна функционировать водооборотная оросительная система (рис. 3).

Однако утилизировать бесподстилочный навоз в земледелии намного сложнее, чем обычный подстилочный, что обусловлено наличием патогенной микрофлоры в жидкой фракции, особенно отходов свинокомплексов. Нередко в них присутствуют даже бактериофаги, что косвенно свидетельствует о наличии вирусов. Причем по мере разбавления экскрементов водой сроки выживания возбудителей болезней возрастают, поскольку в стоках не протекают биотермические процессы, в отличие от обычного подстилочного навоза. Поэтому применять в земледелии стоки в качестве удобрений можно лишь после предварительной подготовки и обеззараживания. Для обеззараживания применяются физические, биологические и химические способы. Последние недостаточно эффективны, поскольку органические вещества, содержащиеся в бесподстилочном навозе, препятствуют проникновению внутрь частиц, тем самым сохраняя жизнеспособность патогенной микрофлоры (И.А. Бакулов и др., 1988).

Бесподстилочный навоз относят к категории нестабильных органических контаминаторов и, по данным Всемирной организации здравоохранения, является фактором передачи более 100 видов различных возбудителей болезней животных и человека. Навоз традиционно собирают и хранят в гигантских искусственных котлованах — навозохранилищах, где он через 6-12 месяцев утрачивает свои опасные качества и постепенно превращается в удобрение, которое можно вносить в почву для повышения ее плодородия.

Например, площадь полей, загрязненных органогенными отходами (в том числе животноводства) в России превышает 2,4 млн гектаров, из которых 20% являются сильно загрязненными, 54% — загрязненными, 26% — слабо загрязненными. Наличие таких земель — постоянный источник загрязнения биосферы. Только экологический ущерб от нарушения регламентов использования бесподстилочного навоза/помета в настоящее время оценивается в 150 млрд руб. Ущерб от заболевания населения и животных не поддается оценке даже приблизительно.

Во многих хозяйствах системы давно устарели и не отвечают экологическим нормам. Большинство действующих животноводческих комплексов введено в эксплуатацию 25-30 лет назад. С тех пор очистное оборудование ни разу не менялось, хотя его необходимо капитально модернизировать каждые 10-15 лет по причине быстрого износа (А.С. Белышев, 2006).

Отходы животноводства используются преимущественно для удобрения кормовых культур. В мировой практике так утилизируется свыше 90% их объема. Другие приемы, например, полная очистка стоков, концентрирование их путем испарения, требуют огромных капитальных и энергетических затрат. Однако применять стоки в качестве удобрений можно лишь после соответствующей подготовки и обеззараживания, поскольку из-за высокой влажности и отсутствия в них биотермических процессов увеличивается срок выживания условно патогенной микрофлоры.

Способы обеззараживания стоков классифицируются как физические, химические и биологические. Последние используются более широко и основаны на разрушении и минерализации органического вещества микроорганизмами. Этот процесс в той или иной степени может протекать как в естественных (почва, биологические пруды, компосты), так и в искусственных условиях (аэротенки и метатенки). Более перспективно сбраживание бесподстилочного навоза в метантенках, которое обеспечивает получение биогаза. К тому же навозные стоки чрезмерно разбавлены водой, что осложняет их использование в метантенках. Сказанное не означает, что эта проблема не заслуживает внимания. Как раз наоборот. Нужно только использовать жидкий навоз с содержанием сухого вещества хотя бы около 8%.

Преимущество стоков — не только в энергосбережении. После анаэробной (без доступа воздуха) обработки в метантенках жидкая органика теряет зловонный запах и содержит значительно меньше нежелательной микрофлоры и всхожих семян сорных растений, что облегчает ее применение в качестве удобрений. Очень важно и то, что жидкую фракцию можно повторно использовать в системе навозоудаления, существенно уменьшая объем бесподстилочного навоза. Но прежде чем обзаводиться биогазовыми установками, необходимо отказаться от гидросмыва экскрементов животных в пользу других систем навозоудаления (самотечных непрерывного или периодического действия).

Из-за высокой энергоемкости не получила широкого распространения искусственная биологическая очистка жидкой фракции животноводческих стоков в аэротенках. Из 107 свино-комплексов Беларуси она применяется лишь на одном. Кроме этого, такая обработка без дополнительной очистки не позволяет сбрасывать стоки в открытые водоемы. Вот и приходится совхозу-комбинату «Борисовский», например, перекачивать их на городские поля фильтрации.

Не все гладко с этим и в ближнем зарубежье. Нашим специалистам хорошо известна практика использования стоков в качестве удобрений, прошедших аэротенки, на свинокомплексе «Калита» Киевской области. И там похвастаться в отношении экологической безопасности особенно нечем.

Загрязнение почвенно-грунтовых вод на полях утилизации бесподстилочного навоза — явление обычное. Анаэробная обработка также требует совершенствования. Из биологических способов обеззараживания навоза также целесообразно использование вермикомпостов. Об этом мы поговорим во второй части нашей статьи.

Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2020 г., № 21).

Продолжение следует...