Животноводческие стоки — как сменить вред на пользу для земли

11.03.2021
Удобрения
2889
Владимир Исаенко / Glavagronom.ru
Загрязнение реки животноводческими отходами местной фермы

Больше минусов, чем плюсов

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. 

При увеличении свиней до 108 тыс. голов масса выбросов возрастает вдвое.

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.

Таблица. Объемы стоков на промышленных комплексах в зависимости от системы удаления навоза
Проектное поголовье, гол. Количество животных Выход экскрементов, тыс. м³/год Выход стоков с комплекса, тыс. м³/год
при самосплаве при гидросмыве
Производство свинины
12 000 12 000 36,0 52,4 101,0
24 000 24 000 70,5 96,8 195,5
54 000 37 000 114,0 181,0 332,5
108 000 73 000 239,0 321,0 940,0

Производство говядины и молока

800 800 16,0 18,9 30,6
1200 1200 24,0 28,5 46,0
12 000 9883 94,8 113,2 -

 

Рис. 1. Возможные последствия циркуляции сельскохозяйственного азота в воздухе, почве и воде. Фото: nsh.by

Качество природных вод в зоне действия животноводческих комплексов

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 PO₄3-, 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.

Рис. 2. Содержание нитратов в грунтовых водах при орошении стоками супесчаных почв. Фото: nsh.by

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.

Сюрпризы бесподстилочного навоза

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).

Рис. 3. Водооборотная оросительная система: 1 — насосная станция; 2 — РОС; 3 — накопитель поверхностного и дренажного стока; 4 — смесительная камера; 5 — дренажная сеть; 6 — обводная сеть; 7 — орошаемый массив; 8 — лесозащитные полосы. Фото: nsh.by

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).

Инновации в применении органических и минеральных удобрений

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...

Узнавайте первыми актуальные агрономические новости России и мира на наших страницах

Больше об Удобрениях

Всё об Удобрениях
VK_DMCA