Analysis of Manure Separation Technology Efficiency into Fractions Followed by Liquid Fraction Rectification

全文:

Введение

Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации, утвержденная Президентом России, «устанавливает принципы, приоритеты, основные направления и меры реализации государственной политики в этой области»¹на ближайшую и долгосрочную перспективу. В ней сформулированы большие вызовы для общества, государства и науки, в чис­ле которых «потребность в обеспечении продовольственной безопасности и продовольственной независимости России, конкурентоспособности отечественной продукции на мировых рынках продовольствия, снижение технологических рисков в агропромышленном комплексе»², а также поддержание экологической безопасности. Для реализации Стратегии формируется соответствующее законодательство, внесены поправки в нормативные акты³, регулирующие переход на наилучшие доступные технологии, приняты соответствующие законы⁴.

Ставится задача перехода к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, а также высокопродуктивному и экологически чистому агропроизводству. Данную задачу в рамках фундаментальных и поисковых научных исследований по механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства необходимо решать, в том числе путем разработки экологически безопасных машинных технологий.

В настоящее время сохраняется тенденция к увеличению производственной мощности животноводческих предприятий, особенно свиноводческих комплексов, на которых образуются значительные объемы жидкого навоза. Свиноводство оказывает существенное воздействие на агроэкосистему и выдвигает ряд серьезных угроз, которые не ограничиваются только территорией фермы, а непосредственно связаны с прилегающими зонами и косвенным образом влияют на экологическое состояние региона в целом.

Свиноводческие комплексы применяют разные интенсивные технологии переработки свиного навоза в органическое удобрение, позволяющие концентрировать питательные вещества в малом объе­ме. Транспортировка концентрированных органических удобрений становится более рентабельной. Однако здесь необходим точный учет их потока, в частности, азота из навоза в конечный продукт – жидкое органическое удобрение [1–3].

Свиной навоз характеризуется низким содержанием сухого вещества – не более 8–10 %. Поэтому одной из основных технологий его первичной переработки является разделение на жидкую и твердую фракции [4–6]. Наиболее распространено длительное выдерживание жидкой фракции в герметичных хранилищах. Существуют более эффективные и экологически безопасные технологии ее обработки, в частности ректификацией.

По применяемым интенсивным технологиям переработки свиного навоза в органическое удобрение недостаточно данных для точного расчета содержания питательных элементов в конечных продуктах и, соответственно, их доз внесения. Поэтому при таких расчетах применяются усредненные значения содержания питательных веществ⁵. Для получения достоверных численных значений были проведены исследования технологии переработки свиного навоза, включающие подкисление навоза, флокуляцию и его разделение на фракции с помощью декантерной центрифуги, ректификацию жидкой фракции, пассивное компостирование твердой фракции, длительное выдерживание жидкой фракции.

Цель исследования – провести оценку эффективности технологии разделения свиного навоза на фракции с последующей переработкой жидкой фракции методом ректификации. Такие исследования необходимы для объективного учета движения общего азота из свиного навоза в конечные продукты – твердое органическое удобрение, жидкое концентрированное органическое удобрение и жидкость для удобрительных поливов. Эффективность изучаемой технологии оценивалась по показателю «сохранность азота» – количество азота в одной тонне готового органического удобрения относительно количества азота в исходном навозе.

Обзор литературы

Доступно много различных технологий переработки навоза, от простых и надежных решений в масштабах фермы до технологически продвинутых решений с более сложными цепочками переработки [7; 8]. Одни технологии отработаны и готовы к внедрению, другие – все еще находятся в процессе разработки.

Переработка навоза предполагает использование различных методов и приемов, позволяющих каким-либо образом изменить его количественные и качественные характеристики с целью уменьшения объемов навоза и возможности получения различных конечных продуктов. Это могут быть биологические, химические, физические методы переработки или их комбинации [9–11]. Технологии могут использоваться индивидуально или последовательно одна за другой, создавая различные технологические цепочки. В результате получаются различные органические удобрения, оказывающие влияние на почву [12–15].

Ученые из КНР исследовали влияние известковой добавки на изменения органических веществ, удаление антибиотиков и видообразование тяжелых металлов при пассивном компостировании свиного навоза [16]. В результате добавление извести увеличивало пиковую температуру и продлевало термофильный период. Известь улучшила переход органических веществ и ускорила процесс компостирования. Хлортетрациклин быст­рее растворялся с добавлением извести, по сравнению с контролем.

Во Фландрии существует проблема нехватки земельных угодий для внесения всего органического удобрения, получаемого со свиноводческих комплексов. Поэтому основной задачей при обосновании технологии переработки свиного навоза было понижение содержания питательных веществ (азота и фосфора) в органическом удобрении, вносимом на собственные земельные угодья с концентрацией питательных веществ в органическом удобрении, транспортируемом в другие регионы [17]. В соответствии с обоснованной технологией жидкий свиной навоз изначально разделялся на фракции. Жидкая фракция подавалась на блок биологической очистки в соответствии с полупериодическим процессом нитрификации-денитрификации, после которого направлялась на блок испарения и конденсации. Очищенная жидкость использовалась на земельных угодьях сельскохозяйственного назначения, концентрированное органическое удобрение транспортировалось в соседние регионы, где в нем была потребность.

В Нидерландах свиной навоз также перерабатывали в фосфорное удобрение для экспорта в соседние регионы [18]. При переработке применяли метод подкисления. В Дании проведены исследования по добавлению различных типов флокулянтов в навоз перед разделением его на фракции [19]. Их целью являлось максимальное выделение фосфора из навоза. Было установлено, что при оптимальной флокуляции удаляется 95 % фосфора.

Актуальность имеют технологические линии по переработке навоза с помощью микробной обработки [20]. Контролируемые режимы и параметры процесса брожения формируют качественный, экологически чистый, готовый к использованию продукт. Также возможно получение из навоза жидкофазного биопрепарата с высоким уровнем биогенности – общее микробное число не менее 1×1010 КОЕ/мл.

Ученые из Испании, Финляндии, Колумбии, Китая, Италии и других стран занимаются решением проблемы уменьшения эмиссий при переработке навоза. Так, в Италии проведены исследования выбросов аммиака в процессе переработки навоза в реакторе в зависимости от продолжительности переработки [21]. В результате обнаружено, что увеличение времени переработки приводит к росту эмиссий и повышению капитальных и эксплуатационных затрат. Также проанализированы технологические решения по очистке воздуха при переработке жидкого навоза (скрубберы, биофильтрация, биоскрубберы) и доказано, что наиболее используемой технологией является биофильтрация воздуха [22].

В Финляндии были изучены возможности модернизации технологий переработки навоза с целью повышения транспортабельности органического удобрения [23]. Для этого необходимы технологические решения, уменьшающие массу навоза и позволяющие повысить концентрацию питательных веществ. В результате получено концентрированное органическое удобрение, которое транспортировалось на дальние рас­стоя­ния. В свою очередь, в Колумбии проведены исследования по эмиссиям питательных веществ для четырех технологий переработки жидкого навоза, в том числе разделения его на твердую и жидкую фракции, метановое сбраживание и длительное выдерживание [24]. Результаты показали, что при внедрении любой из этих технологий выбросы меньше, чем при базовой технологии – пассивном компостировании.

Китайские исследователи при изучении технологии разделения жидкого навоза на фракции с последующим компостированием твердой фракции и анаэробной переработкой жидкой фракции обосновали новую конструкцию биогазовой установки [25]. Бразильские ученые с помощью эксперимента по переработке жидкой фракции навоза в аэробных прудах определили, что для получения чистого продукта (жидкого органического удобрения), пригодного для внесения на земельные угодья, достаточно 46 дней [26].

В Нидерландах жидкий навоз разделяли на фракции, применяя мембраны с последующим анаэробным сбраживанием жидкой фракции и сжиганием твердой фракции, и получали полезные продукты: биогаз от анаэробного сбраживания для производства энергии, электричество от сжигания твердой фракции с использованием нагретого пара в турбине и жидкое органическое удобрение [27].

Во Франции были проведены исследования по используемости различных технологий переработки навоза (с 2008 по 2016 г.) [28]. Наиболее распространенными технологиями переработки являются пассивное компостирование (61,7 %), аэробная (21,0 %) и анаэробная (7,3 %) переработки. Исследователями предложено создание платформ для коллективной переработки навоза различными технологиями в сочетании с процессом извлечения азота для производства органических добавок и удобрений в удобной для продажи и транспортировки форме.

В Италии рассматривали применение переработанного навоза в качестве биопрепарата с целью поддержания и повышения плодородия почвы [29]. Ферментативный анализ показал его био­ак­тив­ный потенциал в контексте круговорота питательных веществ и поддержания плодородия.

В 2020 г. исследования в Польше были направлены на изучение влияния различных типов удобрений, полученных в результате переработки навоза – твердое органическое удобрение после компостирования, зола от сжигания, эффлюент после метанового сбраживания, материал после пиролиза, на почву, минерализацию и оптимальное соотношение C:N:P для минимизации потерь питательных веществ [30]. В результате установлено, что оптимальное соотношение для нормализации процессов в почве должно быть 100-10-1. Для этого необходимо смешивать навоз перед переработкой с дополнительными компонентами, содержащими углерод. Однако даже при оптимальном применении удобрений их использование на одних и тех же полях может продолжаться не более двух лет подряд. Рекомендовано вносить органическое удобрение на основе навоза на одни и те же почвы 1 раз в 4 года.

В США в 2020 г. обобщили результаты многолетних исследований о влиянии различных видов переработанного навоза и помета на плодородие почв, физические свойства почвы (объемную плотность, инфильтрацию, водоудерживающую способность), биологию почвы и урожайность различных зерновых культур в различных системах земледелия [31]. Было подтверждено, что влияние органического удобрения на почву зависит от физических и химических свойств самого навоза и помета, применяемых технологических и управленческих решений по переработке навоза и помета в органическое удобрение, состояния окружающей среды, включая норму и время внесения, тип почвы и климат. В результате выявлено, что правильное применение органических удобрений способствует созданию устойчивой экосистемы, обеспечивающей такое понятие, как «здоровая почва».

Предметом исследований в Испании в 2021 г. было влияние вносимого органического удобрения на биоразнообразие почвы [32]. Сделан вывод, что для биоразнообразия почвы качественные характеристики органического удобрения намного важнее количественных.

Таким образом, в результате проведенного анализа установлено, что значительная часть исследований нацелена на увеличение концентрации питательных веществ в меньших объемах органических удобрений для сокращения транспортных издержек. Ученые в разных странах подтвердили, что в зависимости от технологий переработки навоза получаются органические удобрения с различными регенеративными свойствами и химическим составом, воздействующие на сообщества почвенных бактерий и грибов, создание стабильной почвенной среды, улучшение питательного статуса почвы.

Материалы и методы

Для исследования выбран типовой свиноводческий комплекс, на котором изначально использовалась технология переработки свиного навоза в органическое удобрение методом длительного выдерживания в герметичных лагунах с мембранным покрытием – «Технология до модернизации». Ее применение приводило к следующим негативным последствиям: заиливанию лагун и нехватке земельных угодий сельскохозяйственного назначения в рентабельном радиусе транспортировки. Решением первой проблемы было более частое перемешивание навоза, приводящее к увеличению эмиссий в атмосферный воздух. Вторая проблема приводила к затратам на транспортировку жидкого органического удобрения к месту внесения до 200 руб. на 1 т жидкого органического удобрения.

Чтобы избежать этих последствий в свиноводческом комплексе, заменили существующую технологию на технологию переработки свиного навоза: подкисление, флокуляция и разделение навоза на фракции в декантерной центрифуге, ректификация жидкой фракции, пассивное компостирование твердой фракции, длительное выдерживание жидкой фракции.

Технология позволяет получать три вида конечных продуктов: твердое органическое удобрение (ТОУ), полученное методом пассивного компостирования; концентрированную жидкость (аммиачную воду), полученную методом ректификации; жидкость для удобрительных поливов, полученную путем длительного выдерживания.

Блок-схема «Технологии после модернизации» переработки свиного навоза в конечные продукты представлена на рисунке 1.

 

 

 

Рис. 1. Блок-схема исследуемой технологии

Fig. 1. Block diagram of the technology under investigation

 

В соответствии с рисунком 1, после навозоприемника, расположенного на свиноводческом комплексе (Блок 1), жидкий навоз насосом по трубопроводу перекачивается в предварительный бак объемом 4 м³ (Блок 2), в котором происходит смешивание жидкого навоза с негашеной известью (СаО) при помощи погружного миксера-гомогенизатора.

Во время смешивания негашеной извести с жидким навозом начинается реакция гашения извести, сопровождаемая обильным выделением тепла. Негашеная известь дозируется из буферной емкости.

Дозировка негашеной извести СаО производится автоматически, ее объемная доля определяется оператором на основании проведенных экспресс анализов рН жидкого навоза. Дозировка негашеной извести необходима для того, чтобы жидкий навоз стал высокощелочной средой. Растворенный в жидком навозе аммонийный азот в нормальной среде (рН < 10) представлен как соединение NH₄ и является нелетучим соединением, а в среде высоко-щелочной (рН > 10) переходит в состояние NH₃ – это соединение более летучее и имеет более низкую температуру кипения, поэтому его можно выделить в ректификационной установке (колонне).

Предварительно смешанный жидкий навоз и негашеная известь с помощью измельчающего насоса загружаются в блок смешивания с флокулянтом (Блок 3), в котором осуществляется подмешивание полиэлектролита (флокулянт – Kemira Superfloc С-496 – катионный полиакриламид), выбранного в соответствии с типом и характеристиками свиного навоза с целью оптимизации процесса разделения навоза на фракции.

Жидкий навоз в смеси с негашеной известью и флокулянтом насосами перекачивается в декантерную центрифугу (Блок 4). Попадая в декантерную центрифугу, жидкий навоз под действием центробежных сил осветляется, твердые частицы выпадают в осадок. Твердая фракция жидкого навоза перемещается с помощью винтовых конвейеров в мобильный транспорт и транспортируется на бетонированную площадку компостирования (Блок 5). Твердое органическое удобрение, полученное методом пассивного компостирования, вносится на земельные угодья сельскохозяйственного назначения соседних растениеводческих предприятий.

Жидкая фракция свиного навоза после декантерной центрифуги через один из теплообменных аппаратов «вода – вода» подается в верхнюю часть нижней камеры ректификационной колонны (Блок 6). В противоположном направлении через теплообменные аппараты с помощью центробежного насоса из нижней части ректификационной установки прокачивается уже обедненная жидкая фракция свиного навоза, которая охлаждается, проходя через теплообменник, отдавая избыточную теплоту поступающей жидкой фракции свиного навоза после декантерной центрифуги.

Протекая через массообменные элементы ректификационной колонны, жидкая фракция свиного навоза нагревается. В процессе нагрева аммонийный азот, растворенный в жидкой фракции свиного навоза, имея более низкую температуру кипения, начинает испаряться. Жидкая фракция свиного навоза, из которой испарился аммонийный азот, используется для нагрева исходной жидкой фракции свиного навоза, поступающей с декантерной центрифуги через теплообменник.

Пары аммонийного азота конденсируются в теплообменном аппарате. Для процесса конденсации используется химически подготовленная пресная вода, находящаяся в отдельном баке. В результате образуется жидкое концентрированное органическое удобрение (аммиачная вода), которое откачивается в герметичный накопитель (Блок 7). Жидкое концентрированное органическое удобрение (ЖКОУ) передается другим юридическим лицам.

Обедненная жидкая фракция свиного навоза после ректификационной колонны насосом перекачивается в герметичные лагуны с пленочным покрытием (Блок 8). Полученное жидкое органическое удоб­ре­ние (ЖОУ) используется для удобрительных поливов.

В рамках исследований рассчитаны количественные и качественные характеристики свиного навоза, его твердой и жидкой фракции, ЖКОУ и ЖОУ.

Расчет количественных и качественных характеристик свиного навоза осуществлялся методом баланса массы⁶. Фактическая масса навоза определялась с помощью приборов учета, установленных в навозоприемнике на свиноводческом комплексе. Фактические качественные характеристики навоза (влажность, общий азот) определялись экспериментальным путем. Отбирались пробы жидкого навоза из навозоприемника, расположенного на свиноводческом комплексе. В пробе определялась влажность материала в соответствии с ГОСТ 26713-85 «Удобрения органические. Метод определения влаги и сухого остатка» и общий азот в соответствии с ГОСТ 26715-85 «Удобрения органические. Методы определения общего азота». Полученные расчетные и фактические данные сопоставлялись для подтверждения корректности расчета.

Расчет количественных и качественных характеристик твердой и жидкой фракции свиного навоза осуществлялся по ранее разработанной методике [33]. Фактические качественные характеристики твердой и жидкой фракций навоза (влажность, общий азот) определялись экспериментальным путем. Отбирались пробы твердой и жидкой фракций навоза после декантерной центрифуги. В пробах определялась влажность материала и общий азот. Полученные расчетные и фактические данные сопоставлялись для подтверждения корректности расчета.

Расчет количественных и качественных характеристик аммиачной воды и обедненной жидкости осуществлялся в соответствии с источниками⁷ [34; 35]. Фактические качественные характеристики аммиачной воды и обедненной жидкости (влажность, общий азот) определялась экспериментальным путем. Отбирались пробы аммиачной воды и обедненной жидкости после ректификационной колонны. В пробах определялась влажность материала и общий азот. Полученные расчетные и фактические данные сопоставлялись для подтверждения корректности расчета.

Экспериментальные исследования были проведены на пилотном свиноводческом комплексе; анализы проб выполнены в аналитической лаборатории ИАЭП – филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ в 2022 г. Пробы отбирались с трехкратной повторностью. Статистическая обработка экспериментальных данных осуществлялась в программе Excel.

Результаты исследования

Выбранный для исследований свиноводческий комплекс рассчитан на содержание 6 700 свиноматок и производство 180 тыс. откормочных свиней в год (рис. 2).

Содержание животных – бесподстилочное на частично щелевых полах. Навоз самотеком поступает в навозоприемник, расположенный на свиноводческом комплексе. Площадки для переработки свиного навоза в органическое удобрение представлены на рисунке 3.

 

 

 

Рис.  2.  Внешний вид свиноводческого комплекса

Fig.  2.  View of the pig breeding complex

 

 

 

 

Рис.  3.  Площадка для переработки свиного навоза в органическое удобрение –
герметичные лагуны с мембранным покрытием для обедненной фракции после ректификации

Fig.  3.  Facilities for processing pig manure into organic fertilizers – water-tight lagoons
with membrane cover for the depleted liquid fraction after rectification

 

Количественные и качественные характеристики свиного навоза, его твердой и жидкой фракции, а также конечных продуктов представлены в таблице 1.

 

Таблица  1 Количественные и качественные характеристики свиного навоза и полученных из него продуктов

Table  1 Quantity and quality of pig manure and the end-products

 

Показатель / Indicator	Расчетные значения / Calculated values	Фактические значения / Actual values	Различие / Difference, %
Масса навоза, т/сут / Mass of manure, t/day	302	330	8,48
Влажность навоза, % / Moisture content of manure, %	96,9	98,2	1,3
Масса общего азота в навозе, т/сут / Mass of total nitrogen, t/day	0,76	0,79	3,8
Масса твердой фракции навоза, т/сут / Mass of solid fraction, t/day	36,8	34,7	6,1
Влажность твердой фракции навоза, % / Moisture content of solid fraction, %	73,4	71,2	3,1
Масса общего азота в твердой фракции навоза, т/сут / Mass of total nitrogen in solid fraction, t/day	0,21	0,20	5
Масса жидкой фракции навоза, т/сут / Mass of liquid fraction, t/day	265,2	295,3	10,2
Влажность жидкой фракции навоза, % / Moisture content of liquid fraction, %	98,6	99,1	0,5
Масса общего азота в жидкой фракции навоза, т/сут / Mass of total nitrogen in liquid fraction, t/day	0,55	0,59	6,8
Масса обедненной жидкости, т/сут / Mass of depleted liquid, t/day	284,4	292,5	2,8
Влажность обедненной жидкости, % / Moisture content of depleted liquid, %	99,8	99,4	0,4
Масса общего азота в обедненной жидкости, т/сут / Mass of total nitrogen in depleted liquid, t/day	0,28	0,3	7,1
Масса аммиачной воды, т/сут / Mass of ammonia water, t/day	2,6	2,7	5,1
Влажность аммиачной воды, % / Moisture of ammonia water, %	99,5	99,9	0,4
Масса общего азота в аммиачной воде, т/сут / Mass of total nitrogen in ammonia water, t/day	0,27	0,29	6,9

 

Как видно из таблицы 1, различие между расчетными и фактическими значениями не превышает 10,2 %, что говорит о достоверности расчетов.

Балансовая схема потоков массы компонентов и массы общего азота в компонентах представлена на рисунке 4.

 

 

 

Рис. 4. Балансовая схема потоков массы компонентов и массы общего азота в компонентах свиного навоза

Fig. 4. Balance diagram of component mass flows and of total nitrogen mass in pig manure components

 

 

Обработка результатов экспериментальных исследований представлена в таблице 2.

 

Таблица  2  Обработка результатов экспериментальных исследований

Table  2  Experimental results analysis

 

Показатель содержания общего азота / Indicator of nitrogen content	1-я повторность / 1st replication	2-я повторность / 2nd replication	3-я повторность / 3rd replication	Среднее значение / Average	Верхняя граница сред­не­квад­ра­тич­ных отклонений / Upper limit of standard deviations x̄ + σ	Нижняя граница средне­квадратичных отклонений / Lower limit of standard deviations x̄ – σ
в свином навозе, кг/т / in pig manure, kg/t	2,44	2,40	2,43	2,42	2,44	2,40
в твердой фракции свиного навоза, кг/т / in the solid fraction of pig manure, kg/t	5,78	5,77	5,74	5,76	5,78	5,74
в жидкой фракции свиного навоза, кг/т / in the liquid fraction of pig manure, kg/t	2,04	2,04	2,02	2,03	2,04	2,02
в обедненной жидкости, кг/т / in the depleted liquid, kg/t	1,02	1,03	1,04	1,03	1,04	1,02
в аммиачной воде, кг/т / in the ammonia water, kg/t	108,00	110,00	109,00	109,00	109,82	108,18

 

Примечания: x̄  – среднее значение; σ – среднеквадратичное отклонение.

Notes: x̄ – the mean value; σ – the root from variance.

 

Как видно из таблицы 2, средние значения попадают в интервалы сред­не­квад­ра­тич­ных отклонений, следовательно, данные достоверны, сомнительные точки отсутствуют.

В результате переработки свиного навоза на свиноводческом комплексе образуются конечные продукты, готовые к использованию. Все конечные продукты соответствуют ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия»:

– твердое органическое удобрение, полученное методом пассивного компостирования твердой фракции свиного навоза после декантерной центрифуги. За год образуется 10 150 т ТОУ с содержанием азота 54,7 т (5,4 кг азота на 1 т ТОУ). Доза внесения ТОУ под зерновые культуры составляет 33,4 т/га. Оно вносится на земельные угодья сельскохозяйственного назначения;

– жидкое концентрированное органическое удобрение (аммиачная вода), полученное методом ректификации. За год образуется 1 000 т ЖКОУ с содержанием азота 107,9 т (107,9 кг азота на 1 т ЖКОУ). Доза внесения ЖКОУ под зерновые культуры составляет 1,7 т/га. ЖКОУ передается другим юридическим лицам;

– жидкость для удобрительных поливов, полученная методом длительного выдерживания. За год образуется 105 700 т удобрительной жидкости с содержанием азота 98,9 т (0,93 кг на 1 т (0,93 г/дм³). В соответствии с пунктом 6.10.10 СП 100.13330 «Мелиоративные системы и сооружения» концентрация общего азота в поливной воде при использовании стоков должна устанавливаться в зависимости от климатических условий и состава возделываемых культур и не должна превышать 1,5 г/дм³ – для многолетних злаковых трав второго и последующих лет произрастания; 1,0 г/дм³ – для многолетних злаковых трав спустя два месяца после всходов, а также для люцерны, клевера, смеси однолетних трав без бобовых компонентов. На свиноводческом комплексе жидкость для удобрительных поливов используется на собственных земельных угодьях. В соответствии с ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия», поступление общего азота с удобрением не должно превышать 320 кг/га в год.

Обсуждение и заключение

В исследовании были рассмотрены преимущества и недостатки технологий до и после модернизации. Были рассчитаны количественные и качественные характеристики свиного навоза и полученных из него конечных продуктов. Различие между расчетными и фактическими значениями не превышает 10,2 %, что говорит о достоверности расчетов.

Применение расчетного метода позволяет определить эффективность использования питательных веществ в органическом удобрении, полученном на основе свиного навоза.

Внедрение на свиноводческом комплексе технологического решения по разделению навоза на фракции с последующей ректификацией жидкой фракции (Технология после модернизации) дало следующие положительные результаты:

1. Исключение крупных твердых частиц из навоза, поступающего в навозохранилище, позволяет избегать заиливания лагун.
2. Получаемое ТОУ используется на земельных угодьях сельскохозяйственного назначения для повышения плодородия почв с учетом возделываемых культур.
3. Концентрация питательных веществ в ЖКОУ позволяет уменьшить массу транспортируемого органического удобрения, что приводит к снижению транспортных затрат при передаче ЖКОУ другим юридическим лицам. При этом качество удобрения не ухудшается.
4. Полученное концентрированное органическое удобрение передается другим юридическим лицам для повышения плодородия почв и получения запланированного урожая. Доза внесения рассчитана на примере озимого рапса и составляет 1,3 т/га.
5. Полученная жидкость для удобрительных поливов вносится на близлежащие собственные земельные угодья с использованием шланговой системы, тем самым снижаются эксплуатационные затраты.
6. Внедрение на предприятии Технологии после модернизации позволило в целом сократить капитальные затраты в 1,2 раза, а удельные эксплуатационные – в 5,6 раз.

Внедрение на свиноводческом комплексе технологических решений согласно Технологии после модернизации, которая включала подкисление навоза, флокуляцию, разделение навоза на фракции в декантерной центрифуге, компостирование твердой фракции и ректификацию жидкой фракции, позволило снизить эмиссии в атмосферу на 10 % за счет сохранности азота, сократить эксплуатационные затраты на транспортировку органического удобрения на 47 % за счет концентрации питательных веществ в меньшем объеме и повысить плодородие почв за счет удобрительных поливов.

Согласно закону «О побочных продуктах животноводства и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», свиной навоз является побочным продуктом животноводства, если соблюдаются «Требования к обращению побочных продуктов животноводства», утвержденные Постановлением правительства РФ от 31.10.2022 № 1940. Функционирование Технологии после модернизации не противоречит Постановлению правительства РФ от 31.10.2022 г. № 1940 и позволяет вести более точный учет объемов образования и использования переработанных побочных продуктов животноводства, что необходимо при заполнении Формы уведомления по побочным продуктам животноводства, утвержденной Приказом Министерства сельского хозяйства РФ от 07.10.2022 г. № 671 «Об утверждении порядка, сроков и формы направления уведомления об отнесении веществ, образуемых при содержании сельскохозяйственных животных, к побочным продуктам животноводства».

 

¹           Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации : утв. Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 г. № 642. URL: https://docs.cntd.ru/document/420384257?marker=6580IP (дата обращения: 28.02.2023).

²           Там же.

³           Об охране окружающей среды : федер. закон от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ : принят Государственной Думой 20 декабря 2001 г. URL: https://docs.cntd.ru/document/901808297 (дата обращения: 28.02.2023).

⁴           О побочных продуктах животноводства и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации : федер. закон от 14 июля 2022 г. № 248-ФЗ : принят Государственной Думой 28 июня 2022 г. URL: https://rg.ru/documents/2022/07/19/document-apk.html (дата обращения: 28.02.2023); Об ограничении выбросов парниковых газов : федер. закон от 2 июля 2021 г. № 296-ФЗ : принят Государственной Думой 1 июня 2021 г. URL: https://rg.ru/documents/2021/07/07/fz-ob-ograni4enii-vybrosov-parnikovyh-gazov-dok.html (дата обращения: 28.02.2023).

⁵           Разработка регламентов по обращению с навозом в рамках проекта «ЛУГА-БАЛТ» / А. Ю. Брюханов [и др.] // Экологически безопасное развитие сельских территорий и сохранение водных объектов : сб. науч. трудов междунар. семинаров, проведенных в рамках Российско-Финляндского проекта «Чистые реки – в здоровое Балтийское море» SE 717 в 2013–2015 гг. ; под общ. ред. В. Б. Минина. СПб. : ИАЭП, 2016. С. 60–66.

⁶           Overview of Calculation Methods for the Quantity and Composition of Livestock Manure in the Baltic Sea region / A. Kaasik [et al.]. 2019. URL: https://www.luke.fi/manurestandards/wp-content/uploads/sites/25/2019/06/WP3-report_ManureStandards_Final2.pdf (дата обращения: 28.02.2023).

⁷           Лаптев А. Г., Конахин А. М., Минеев Н. Г. Теоретические основы и расчет аппаратов разделения гомогенных смесей : учеб. пособие. Казань : Казанский гос. энерг. ун-т, 2007. 426 с. URL: https://ingehim.ru/images/Laptev_Konakhin_Mineev_2007_Theoretical_fundamentals_and_calculation_of_apparatuses_of_separation_of_homogeneous_mixtures.pdf (дата обращения: 28.02.2023).

 

作者简介

Ekaterina Shalavina

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) branch of Federal Scientific Agroengineering Center VIM

编辑信件的主要联系方式.
Email: shalavinaev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7345-1510

Cand.Sci. (Engr.), Senior Researcher of the Department of Analysis and Forecasting of Environmental Sustainability of Agroecosystems

俄罗斯联邦, 3 Filtrovskoye Shosse, Tyarlevo, Saint Petersburg 196625

Eduard Vasilev

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) branch of Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: sznii6@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5910-5793

Cand.Sci. (Engr.), Leading Researcher of the Department of Analysis and Forecasting
of Environmental Sustainability of Agroecosystems

俄罗斯联邦, 3 Filtrovskoye Shosse, Tyarlevo, Saint Petersburg 196625

Eduard Papushin

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) branch of Federal Scientific
Agroengineering Center VIM

Email: papushinea@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7035-4654

Cand.Sci. (Engr.), Leading Researcher of the Department of Analysis and Forecasting of Environmental Sustainability of Agroecosystems

俄罗斯联邦, 3 Filtrovskoye Shosse, Tyarlevo, Saint Petersburg 196625

参考

补充文件