Отходы животноводства

Во многих странах объем отходов в животноводстве в 5 раз больше объема всех бытовых отходов. Животноводческие отходы характеризуются высоким содержанием органических веществ, минеральных соединений азота, фосфора, калия и т.д. Расчеты специалистов показывают, что в США в 1,72 млрд. т навоза содержится около 20% непереработанных питательных веществ. Лишь одна треть этого количества навоза содержит столько белка, сколько его дает ежегодный урожай соевых бобов (Максимов, 1987). В бесподстилочном навозе от 50 до 70% азота находится в растворимой форме, органическое вещество составляет 70-80% сухой массы. В основном соотношение углерода к азоту в кале животных довольно высокое (1:18-20), в смеси же экскрементов оно снижается за счет азота мочи до 5-9 (My Юнг, 1979).

Термин «отходы животноводства» может означать, по выражению Р. Лёра (1979), любую из нижеприведенных разновидностей состояния органического сырья:

— свежие экскременты, включая твердую и жидкую фракции;

— твердые остатки после просачивания в почву жидкости, испарения воды или выщелачивания растворимых питательных веществ;

— жидкая фракция, выделяющаяся из общей массы отходов;

— твердые остатки, образовавшиеся после аэрационного или анаэробного хранения навоза.

Бесподстилочный навоз, состоящий из смеси кала и мочи животных с водой и посторонними примесями, подразделяется на полужидкий, жидкий навоз и навозные стоки. Полужидкий навоз содержит 8...14% сухого вещества (смесь экскрементов и посторонней примеси), жидкий навоз — от 3 до 8%, навозные стоки значительно разбавлены водой и содержат менее 3% сухого вещества.

Для решения проблемы охраны природы и человека, в частности, от специфического загрязнения поверхностных и грунтовых вод и превращения опасных источников загрязнения в ценное сырье для получения удобрений, кормовых добавок, горючих материалов и сырья для химической и микробиологической промышленности необходимы характеристики основных составляющих отходов животноводства.

Запахи

Сельское хозяйство в редких случаях загрязняет воздух веществами, вредно воздействующими на растения, животных и человека. Запахи создают помехи в обыденной жизни. Однако при содержании животных в больших количествах запахи отходов перерастают в проблему. Особенно остро подобная проблема стоит там, где практикуется разбрасывание навоза и не утилизируется большинство отходов. Значительная часть запахов исходит от навоза.

При этом в атмосферном воздухе обнаруживается аммиак и другие дурнопахнущие газы в концентрациях превышающих ПДК в 5-6 раз, микробное и общее органическое загрязнение в 8-10 раз превышающее фон, регистрируется также интенсивное бактериальное загрязнение почвы.

Большинство запахов представляет собой сложную смесь химических соединений. В некоторых запахах может преобладать один конкретный компонент, его концентрацию можно определить приборами. Например, аммиак или сероводород, тиогликолевая или масляная кислоты. Поэтому для контроля запахов необходимо знать причины их возникновения и какие конкретно соединения вызывают запахи. Условия же, при которых образуются соединения с неприятным запахом, подсказывают методы борьбы с ними. Большинство сельскохозяйственных отходов перед их использованием хранятся в кучах, буртах или, в лучшем случае, накопительных емкостях, ямах. В течение хранения отходов образуются продукты анаэробного разложения: аммиак, сульфиды, меркаптаны, амины, метан, органические кислоты и др. Многие из этих неокислившихся соединений имеют свой уникальный и неприятный запах даже при низких концентрациях.

Сбор и удаление отходов (навоза, навозной жижи) с помощью жидкостных систем сопровождаются более неприятным запахом, чем «сухие» отходы, за счет образования новых пахнущих соединений. Запахи от птичьего помета хранившегося в анаэробных условиях, включали аммиак, кислый сульфат, двух- и пятиуглеродные органические кислоты, индол, скатол, дикетоны, меркаптаны и сульфиды (Burnett W. Е., Sobel А. Т., 1968). Напрашивается вывод, что обладающие запахом материалы представляют собой восстановленные органические соединения и этот факт подсказывает возможность использования окислительного процесса для борьбы с запахом. Если хранящиеся отходы подвергнуть аэрации и ввести кислород, то основным пахнущим соединением останется аммиак, а при добавлении достаточного количества кислорода, аммиак может быть окислен микробами до нитритов и нитратов.

Неприятные запахи от животноводческих отходов вызваны прежде всего анаэробными условиями их хранения и активной микробиологической жизнедеятельностью анаэробов. Для подавления бактерий и (или) для окисления органических веществ испытано большое количество химических средств. Как правило, применяют большие количества этих химикатов, что отрицательно сказывается на дальнейшей утилизации отходов. К тому же не все промышленные химикаты были одинаково эффективными в устранении запахов. Объективная оценка 44 промышленных маскирующих, нейтрализующих и дезодорирующих препаратов выявила их неравнозначную эффективность. Менее эффективными оказались порошковидные препараты пищеварительных ферментов (Burnett W. E., Dondero N. С., 1968).

Свежие отходы от животных редко обладают невыносимым запахом. Высушивание их до состояния, исключающего деятельность микроорганизмов, может быть эффективным методом борьбы с запахом. В систему обезвреживания животноводческих отходов можно включить высушивание и аэрацию. Естественное движение воздуха без дополнительного подогрева, усиление движения воздуха с помощью вентиляторов и воздуходувок вполне устраняют запахи. Использовались также и промышленные сушилки для обработки отходов животных и птиц. При содержании влаги приблизительно 30% отходы пахли слабее, чем невысушенные. Интенсивность запаха в значительной степени зависит от условий хранения отходов.

Аэрацию можно использовать для предотвращения возникновения запахов при удалении отходов в жидком состоянии, которые уже частично окислены и загрязняющий потенциал полученной суспензии у них снижен. В этих системах возможно снижение содержания азота за счет нитрификации-денитрификации. Возможна механическая поверхностная аэрация с использованием поверхностных роторов, плавучих аэраторов, как в аэрируемых лагунах. Успех аэрационной системы лежит в тщательности расчетов потребности в кислороде конкретных отходов крупного рогатого скота и птицеводства.

К сожалению, о минимальном количестве кислорода на единицу животноводческих отходов, которое предотвратило бы возникновение запахов, данных нет. Традиционно подчеркивают необходимость поддержания остаточной концентрации кислорода равной 1...2 мг/л. Такие представления установились при получении жидкого стока, отвечающего санитарным нормам для сброса в поверхностные воды. Эти нормы, безусловно, неприемлемы для насыщенных или концентрированных отходов, использующихся в дальнейшем при получении целевого продукта, органических удобрений, экспресс-компостов и т. д.

Аэрация как метод борьбы с запахами весьма эффективна, если она применяется с начала хранения отходов животноводства. Достаточная аэрация предотвращает возникновение запахов.

Аэрация же отходов, хранящихся в анаэробных условиях, ведет к выделению из субстрата дурнопахнущих соединений. Поэтому необходимо предусмотреть подачу кислорода в количестве, уничтожающем запахи. Если количество подводимого кислорода меньше потребности в нем, неприятные запахи могут все же иметь место.

Соединения, обладающие запахом, существуют не только в виде газов, но и как летучие твердые вещества. Пыль в птичнике представляет собой помет, частицы корма, фрагменты перьев и эпидермиса, которые в совокупности дают запах курятника. Ее концентрация в среднем составляет 2,6 мг/м3. При достаточной вентиляции эти газы не достигают концентраций, опасных для человека или птицы. Количество образовавшейся пыли обратно пропорционально относительной влажности птичника.

Содержание запахов не может строго влиять на санитарно-гигиеническое состояние воздуха. Воздух не является средой для размножения микроорганизмов. Микрофлора воздуха в основном зависит от микрофлоры пыли, капелек влаги, волос животных и перьев птицы, которые увлекаются с потоком воздуха. Физическая система из мелких твердых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде, или аэрозоль. перемещается в воздухе в горизонтальном и вертикальном направлениях. Чем больше в воздухе аэрозоля, тем больше он содержит микроорганизмов. Каждая частица пыли обладает способностью адсорбировать на своей поверхности множество микроорганизмов. Для санитарной характеристики загрязненного воздуха (в том числе и содержащего дурные запахи) определяют общее количество микроорганизмов в 1 м3 и наличие отдельных бактерий, которые могут служить показателем загрязненности воздуха. Для этого, как правило, используют седиментационные и аспирационные методы.

Однако среди неприятных запахов могут накапливаться ядовитые газы, особенно при слабом проветривании помещений и анаэробно хранящихся отходов.

Таким образом, субъективный характер запахов представляет трудность при оценке их воздействия. Большинство запахов представляет собой сложную смесь химических соединений, которые необходимо удалять, нейтрализовать или разрушать. Индол, скатол, меркаптаны, метиламин и другие соединения, обладающие устойчивым запахом, сорбируют, дезодорируют, уничтожают физическими, химическими и биологическими методами. После освобождения отходов от дурнопахнущих соединений навоз и помет могут быть широко использованы при получении вторичных продуктов, необходимых сельскому хозяйству для повышения продуктивности пашни (увеличения урожайности сельскохозяйственных культур), животноводства (получения кормовых добавок и для откорма молодняка животных, птицы, рыбы и др.).