Основным методом превращения навоза и (или) помета в удобрения по прежнему остается устаревший метод их длительной выдержки в специальных хранилищах. Он имеет много недостатков с экономической точки зрения (отчуждение больших площадей сельскохозяйственных земель под хранилища и высокая их стоимость) и многочисленные экологические риски.
Кроме того существует вероятность получения конечного продукта низкого качества (потеря питательных веществ при разморозке после зимы, сохранение семян сорняков, яиц гельминтов, патогенной микрофлоры). Для их надежного обезвреживания требуется температура более 55 град. С в течение достаточно длительного времени. Это не всегда обеспечивается в навозохранилищах, особенно в лагунах с жидкими навозными стоками.
Утилизация жидких навозных стоков в биогазовой установке устраняет все эти риски и позволяет обеспечить экологически безопасную переработку навоза с получением «зеленой» энергии (электроэнергии и тепла) и жидких органических удобрений.
В настоящей статье рассказано о возможности создания на основе биогазовых установок высокорентабельных агрокомплексов утилизации навоза с получением различной ценной продукции.
Содержание
Экологические проблемы длительной выдержки навоза и помета в хранилищах
Свежие навоз и помет (в дальнейшем будет говорить о навозе, подразумевая, что те же проблемы характерны и для помета птиц) вносить в почву нельзя. Большинство питательных веществ находятся в них в трудноусвояемом для растений виде. Должна пройти микробиологическая переработка (ферментация) для их превращения в органические удобрения.
Кроме того в свежем навозе могут содержаться патогенные микроорганизмы, семена сорных растений, паразиты и их яйца и другие опасные вещества. Такие вещества не должны попадать в окружающую среду. Для этого осуществляют длительную выдержку навоза в специальных хранилищах. Однако, она часто оказывается малоэффективной, а кроме того создает экологические проблемы.
Основными такими проблемами являются:
- выделение парниковых газов (метана, углекислого газа, закиси азота и др.);
- эмиссия более 400 летучих соединений, среди которых присутствуют вещества с неприятными запахами (сероводород, органические сульфиды, меркаптаны, аммиак и др.);
- угроза загрязнения почвы, грунтовых вод и поверхностных водоемов;
- получение конечного продукта (удобрения) неудовлетворительного качества.
Рассмотрим эти экологические проблемы более подробно.
Выделение парниковых газов
Жидкий навоз в лагунах разделяется на 2 слоя: илистый и жидкий. В илистом слое, оседающем на дно в анаэробных условиях развиваются процессы разложения сложных органических веществ, сопровождающиеся выделением газов. Наиболее распространенными среди них являются метан, углекислый газ (парниковые газы), а также сероводород и аммиак.
Системы сбора, хранения и переработки навоза ежегодно выделяют 5,6 млн тонн парниковых газов (метана, углекислого газа, оксидов азота) в пересчете на углекислый газ, что составляет 0,25% всех выбросов парниковых газов нашей страны.
Запахи
Анаэробное разложение сопровождается выделением более 400 летучих органических веществ, среди которых присутствуют соединения с очень неприятным запахом. Например, сероводород, аммиак, меркаптаны и др. Такие запахи способны распространятся на очень большие расстояния, вплоть до 5-10 км от их источников.
Неприятные запахи способны вызывать головные боли, снижение работоспособности и даже заболевания у проживающих неподалеку людей. Они служат основанием для жалоб населения. Каждая жалоба-это угроза проведения внеплановых проверок сельскохозяйственных предприятий.
Угроза загрязнения окружающей среды
При переполнении лагун в окружающую среду попадают чрезвычайно опасные загрязняющие вещества. Среди них присутствуют бактерии, включая болезнетворные, паразиты, простейшие, антибиотики. Их попадание в почву или водные объекты возможно также при прорыве трубопроводов для перекачки навоза.
Загрязнение окружающей среды дает основания контролирующим органам к признанию побочных продуктов животноводства отходами, что приводит к серьезному финансовому ущербу для животноводческой фермы (штрафы, плата за негативное воздействие отходов на окружающую среду, возмещение ущерба почвам и другие меры воздействия, вплоть до предписания на оформление лицензии на обращение с отходами).
Получение удобрения неудовлетворительного качества
Анаэробные бактерии с заметной скоростью разлагают органические вещества только при температуре 20-25 град. С. При снижении температуры до 15 град. С их действие резко снижается, а при уменьшении до 5 град. С полностью прекращается.
Если выдержка навоза приходится на зиму (а это практически всегда происходит), то все процессы в нем останавливаются. Находящиеся в нем бактерии не работают при низких температурах. При размораживании замершего навоза теряется до 50% полезных веществ (органика и питательные элементы).
В северных регионах нашей страны сохраняется риск наличия в навозе семян сорняков и патогенов. Для их обезвреживания требуется температура более 55 град. С с выдержкой не менее 30 минут. Внесение на поля такого навоза контролирующие органы воспринимают как порчу сельскохозяйственных земель. Это наказывается административными штрафами или взысканием через суд ущерба за порчу земли.
Утилизация навозных стоков в биогазовых установках
Всех этих недостатков можно избежать при переработке навозных стоков в биогазовой установке. Для получения биогаза жидкие стоки после предварительной обработки (измельчение, гомогенизация, подогрев) подают в герметично закрытый биореактор необходимого объема. В нем анаэробные микроорганизмы активно разлагают органические вещества с получением биогаза и жидких органических удобрений.
Биогазовая установка-это комплекс инженерных сооружений, состоящий из следующих основных устройств:
- узел подготовки сырья;
- биореактор для производства биогаза и удобрений;
- система очистки и хранения биогаза;
- оборудование для производства из биогаза электроэнергии и тепла;
- автоматическая система управления.
Подробнее с процессом переработки навоза с получением биогаза и удобрений можно познакомиться на видео:
Также об этом можно прочитать в статье «Биогаз и удобрения при переработке органических отходов».
При анаэробной переработке навозных стоков в биогазовой установке происходит разложение органических веществ навоза в отсутствии кислорода. На первой стадии сложные органические соединения под действием разнообразных микроорганизмов, в избытке содержащихся в навозе, разлагаются до более простых форм.
На следующей стадии микроорганизмы превращают эти вещества в органические кислоты. На этой стадии полностью обезвреживается патогенная микрофлора, паразиты и их яйца, а также семена сорных растений, содержащиеся в навозе.
В дальнейшем метаногенерирующие бактерии разрушают органические кислоты до метана, воды и углекислого газа. В остатке получается смесь органических соединений, обогащенная гуминовыми веществами. Она содержит большое количество питательных веществ и может использоваться в качестве удобрений или кормовых добавок.
Получение биогаза возможно в установках самых разных масштабов, начиная от малых (фермерских) установок до крупных, объединяющих несколько биореакторов. Они эффективны для больших агропромышленных комплексов, где они обеспечивают экологически безопасную утилизацию отходов животноводства. В этом случае возможно получение электроэнергии и тепла в большем количестве, чем могут потребить агропредприятия.
Биогазовые установки-возможность повышения рентабельности технологий утилизации навоза
В этом случае избыточное тепло и электроэнергия могут быть использованы для сушки и гранулирования жидких удобрений (эффлюента), образующихся при переработке навоза в биогазовой установке.
Они соответствуют требованиям ГОСТ 33380-2015 «Удобрения органические. Эффлюент». Также возможно их использование для повышения рентабельности других способов переработки навоза, таких как ускоренное компостирование или сушка с производством гранулированного удобрения.
Сушка эффлюента
При переработке отходов крупных агрокомплексов количество образующегося жидкого удобрения может превышать потребности в его внесении на поля хозяйства. В этом случае выходом будет отделение твердой фракции эффлюента в шнековом сепараторе с последующей сушкой и грануляцией.
Это очень энергоемкие процессы, но использование избыточного тепла биогазовой установки делает такую переработку очень рентабельной. Твердые гранулированные удобрения могут храниться длительное время, а также поставляться в регионы с интенсивным земледелием, испытывающих большую потребность в органических удобрениях.
Ускоренное компостирование навоза
Для этого также отделяют твердую фракцию навоза в шнековом сепараторе. Затем его подвергают ускоренному компостированию в туннелях или под полупроницаемой пленкой с принудительным нагнетанием воздуха. В процессе компостирования температура повышается до 55-60 град. С. Это обеспечивает гибель патогенной микрофлоры, гельминтов и их яиц, а также семян сорняков.
Технология не получила широкого распространения из-за невысокой рентабельности. Однако использование избыточного тепла и электроэнергии биогазовой установки позволяют существенно ее увеличить. Также комбинация биогазовых технологий и компостирования значительно повышает рентабельность утилизации органической фракции ТКО.
При комбинации этих двух технологий можно уменьшить количество навозных стоков, подаваемых в биогазовую установку (и, соответственно, уменьшить ее стоимость). В этом случае можно рассчитать соотношение потоков переработки по этим технологиям с полным полезным использованием тепла и электроэнергии.
Сушка навоза с гранулированием
Обычно сушку и гранулирование проводят для птичьего помета. В навозе содержится меньше питательных веществ и стоимость получаемых удобрений незначительно превышает затраты на их производство. Для повышения рентабельности к высушенному навозу перед грануляцией добавляют минеральные удобрения. Стоимость получаемых органоминеральных удобрений в 1,7-1,9 раз выше, что увеличивает рентабельность их получения.
Использование избыточного тепла биогазовых установок делает высокорентабельным производство гранулированных удобрений из навоза. Производство органоминеральных удобрений при этом становится суперприбыльным.
Заключение
Переработка навоза или помета в биогазовых установках полностью соответствует принципам экономики замкнутого цикла. Она позволяет уменьшить выбросы парниковых газов, обеспечить экологическую безопасность переработки и одновременно получить «зеленую» энергию и органические удобрения. Они необходимы для сохранения плодородия почвы, что также является целью экономики замкнутого цикла.
Биогазовые установки снижают дефицит электроэнергии в сельскохозяйственных районах. Они могут стать главным элементом стратегии развития высокорентабельных комплексов, объединяющих различные технологии переработки навоза и помета.
А пока деятельность крупных животноводческих комплексов является угрозой для безопасности окружающей среды и источником выбросов парниковых газов.
