Инновационная биотехнология решает все проблемы утилизации органических отходов

А.А. Федин, ООО «БиоТех Инжиниринг» (РМ, г. Саранск)
М.А. Якунчев, доктор педагогических наук, профессор, зав. кафедрой зоологии и экологии ГОУ ВПО «Мордовский Государственный Педагогический Институт имени М.Е.Евсевьева», заслуженный деятель науки РМ
Д.А. Кадималиев, доктор биологических наук, профессор кафедры биотехнологии МГУ им. Н.П.Огарева

За последние 5 лет в России введено в эксплуатацию большое число животноводческих объектов, причем еще в период с 2004 г. по 2007 г. общее количество скотомест выросло почти в 19 раз. Ситуация на мировом и внутреннем рынке свинины сопутствует сохранению интенсивных темпов в развитии отечественного свиноводства, причем увеличение объемов производства свинины происходит за счет перехода производства на промышленную основу.

При реализации таких проектов постоянно возникает вопрос об экологической нагрузке на окружающую среду, вызванную образованием в огромных количествах бесподстилочного навоза. Эта проблема нередко выходит на первый план уже на начальной стадии реализации проекта, при выборе площадки для строительства.
Наиболее выгодное месторасположение зачастую находится вблизи населенных пунктов, местные жители которых вряд ли обрадуются соседству с «ароматным» объектом. В итоге инвестору приходится переносить стройку в менее выгодное место с точки зрения капитальных затрат, сумма которых в таком случае может достигать 15% от стоимости само-го комплекса.

Похожая проблема актуальна и на действующих комплексах, построенных с соблюдением санитарно-защитной зоны. Возникают ситуации, когда населенный пункт растет и жилая застройка приближается к границам СЗЗ комплекса и даже ее пересекает. Это приводит к обострению социальной напряженности населения и возникновению головной боли у руководителей предприятия.

При внесении неразделенного бесподстилочного навоза на поля проблема еще более усугубляется, что привело в ряде животноводческих регионов РФ к ужесточению регламента по утилизации навоза с принудительным использованием технологии внутрипочвенного орошения. Для свиноводов это влечет дополнительные затраты на приобретение и эксплуатацию нового оборудования и спецтехники, что отражается в конечном итоге на себестоимости продукции.

Стоит отметить, что сейчас на рынке достаточно широко представлены технологии и оборудование (в основном пришедшие с запада), которые позволяют в той или иной степени решить комплекс проблем, связанных с утилизацией бесподстилочного навоза.

Во-первых, не все зарубежные технологии при внедрении дают аналогичный экономический эффект, что обусловлено особенностями российской действительности, уровнем подготовки кадров и национальным менталитетом.

Во-вторых, устаревшие технологические нормы и санитарные правила не всегда учитывают возможности современных технологий, оборудования и материалов. Это приводит к серьезным ошибкам на этапах проектирования технологической схемы утилизации навоза и соответственно к увеличению стоимости строительства свиноводческого комплекса. При дальнейшей эксплуатации из-за допущенных ранее просчетов возникают дополнительные непроизводственные затраты, что снижает рентабельность основного производства и увеличивает сроки окупаемости проекта.

Как известно, существует ряд последовательных этапов утилизации бесподстилочного навоза:
• образование
• накопление
• транспортировка
• подготовка
• переработка
• хранение
• использование (внесение)

Уже на первых этапах возникает ряд технологических и санитарных проблем, связанных с образованием навоза, к основным из них можно отнести:

1. Фракционность состава, седиментационнные и реологические свойства, обусловленные характером кормового рациона и содержания животных.

На большинстве современных свиноводческих комплексах используется самосплавная система навозоудаления периодического действия и влажность навоза на выходе составляет 95-97%. Следует отметить, что расслоение навоза происходит уже при влажности 92% и более, причем, при влажности 96,5% оно происходит интенсивно, а выпадаемый осадок уплотняется. Эта проблема может быть решена путем постоянного перемешивания либо разбавлением навоза водой до высокой степени влажности. Перемешивание навоза в ваннах навозоудаления возможно при использовании мешалок особой конструкции, но в масштабах промышленного свиноводческого комплекса данный подход не эффективен из-за временного характера действия (перемешанный навоз в течении короткого времени вы-падает в осадок), дополнительных финансовых и трудовых затрат, поэтому в России особо-го распространения не получил. Проблема зачастую решается намного проще – путем увеличения расхода технологической воды, идущей на смыв вязкого осадка и заполнение ванн. При стоимости 1 куб. м. воды в среднем 10-15 руб. (зачастую СВК имеет собственную скважину и себестоимость воды намного ниже) дополнительные затраты в этом случае казалось бы не высоки, а при отсутствии каких-либо «очистных» сооружений и сбросе на открытый рельеф (такое тоже нередко бывает) вообще минимальны. Однако существует и другая сторона данного вопроса – повышенный расход технологической воды, попадающей в систему производственной канализации, становиться дополнительным объемом навозных стоков. Себестоимость утилизации уже навоза геометрически возрастает, составляя в среднем 40-60 руб. за 1 куб.м. в зависимости от принятой технологии.

2. Выделение токсичных газов и зловонных запахов, обусловленное анаэробным процессом гниения органических веществ навоза.
При накоплении бесподстилочного навоза в ваннах формируется анаэробный процесс и в результате бактериального метаболизма органических веществ образуется ряд токсичных и ядовитых веществ: аммиак, сероводород, меркаптаны, скатол, индол, путресцин, кадаверин и др.
Известно, что при 4-часовом вдыхании сероводорода в концентрации 6 мг/м3 уже возникают симптомы отравления – слезотечение, боли в глазах, снижение воздушной и костной звукопроводимости, раздражение слизистых оболочек. Длительное вдыхание сероводорода при концентрациях свыше ПДК (10 мг/м3) может привести к бронхиту или воспалению и отеку легких.

Наш опыт показывает что, не смотря на наличие современной системы регулирования микроклимата, на некоторых свиноводческих комплексах в секциях содержания животных были зарегистрированы концентрации сероводорода в 1,5-2 раза превышающие ПДК. Так как сероводород почти в 2 раза тяжелее воздуха, то газ скапливается на высоте до 50 см от решетчатого пола, что совпадает с уровнем жизненной зоны животных. Поэтому следует обратить особое внимание на мониторинг содержания сероводорода в секциях опороса, поскольку поросята-отъемыши могут быть подвержены значительной опасности отравления, а свиноматки хроническим легочным заболеваниям.

Если говорить об аммиаке, то по физиологическому действию на организм он относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отѐк лѐгких и тяжѐлое поражение нервной системы.

При повышении концентрации до 50 мг/м3 проявляется раздражающее действие аммиака на слизистую оболочку глаз и верхних дыхательных путей, возможна даже рефлекторная остановка дыхания. Еще более высокие концентрации вызывают химические ожоги глаз и дыхательных путей, развитие воспалительных процессов в носовой полости, бронхах, легких и других органах. Всосавшись в кровь, аммиак вызывает снижение содержания в крови гемоглобина, эритроцитов, может вызвать поражение центральной нервной системы и даже гибель животных и особенно птицы. Его концентрация в воздухе помещений для взрослых животных и птицы не должна превышать 20 мг/м3, для молодняка - 10 мг/м3.

3. Экологическая опасность нативного навоза обусловленная его биологическими свойствами.
Биологические свойства бесподстилочного свиного навоза зависят от содержания бактериальных включений (микробов, бактерий, вирусов), яиц гельминтов, семян сорных растений, что может представлять экологическую и агротехническую опасность.

Так, согласно данным, количество биологических включений в исходном свином на-возе может достигать:
- бактерий (7,1•108 шт./мл);
- яиц гельминтов (3–4 шт./л);
- жизнеспособных семян сорных растений (8–11 шт./л).
Разбавление навоза водой перед хранением или во время хранения в соотношении 1:10 увеличивает период выживаемости патогенных бактерий более чем в три раза.

В соответствии с п.1.12 Санитарных правил 1.2.1170-02 «Гигиенические требования к безопасности агрохимикатов» внесение органического удобрения не должно приводить к превышению гигиенических нормативов содержания в почве опасных и токсичных веществ (данные приведены в таблице 1 по МУ 2.1.7.730-99).




Стоит отметить, что применение бесподстилочного навоза в качестве органического удобрения при несоответствии гигиеническим нормативам (п. 1.14 и п. 1.15 СП 1.2.1170-02) влечет привлечение к административной, дисциплинарной и уголовной ответственности в соответствии со ст.55 №52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

Исходя из вышеизложенного, становится совершенно очевидно, что образование на-воза уже на первых этапах не только вызывает ряд технологических проблем, напрямую и косвенно приводя к снижению экономической эффективности деятельности свиноводческого предприятия, но и может стать причиной локального экологического бедствия.

В действительности, утилизация навоза зачастую рассматривается на этапе проектирования залогом успешного прохождения государственной экспертизы, при дальнейшем строительстве – безвозвратными инвестициями, а при эксплуатации – дополнительной обузой.

Все дело в том, что существующие технологии направлены на решение вышеизложенных проблем на конечных этапах технологической схемы утилизации навоза, то есть, после того, как отрицательное воздействие навоза уже повлияло на производство, здоровье обслуживающего персонала и окружающую среду вблизи свиноводческого комплекса.

В сложившейся ситуации, рассматривая глобальность проблемы утилизации органических отходов и ее остроту в России, мы пришли к выводу, что сейчас существует лишь один верный путь – формирование инновационного подхода, заключающегося в широком внедрении экологически безопасных, ресурсосберегающих и экономически эффективных биотехнологий в масштабах АПК РФ.

Сущность инновации заключается, в использовании микробиологических биопрепаратов, содержащих симбиотическую группу высокоселективных микроорганизмов с высокой степенью ферментативной активности при пониженных и нормальных температурах (5-40˚C), использующих в качестве питания органические вещества навоза и их производные с получением конечных нетоксичных продуктов - метаболитов, безопасных для окружающей среды. Кроме того, биопрепарат должен содержать комплекс микро- и макроэлементов, специфичных ферментов и липидов, необходимых для ускоренного развития бактериальной микрофлоры препарата, обеспечивающей интенсивное течение биохимических реакций в конечном итоге обуславливающих формирование реологических, коррозийных, агрохимических и биологических свойств навоза, обеспечивающих экономически эффективное и экологически безопасное использование получаемого биоорганического удобрения.

Уникальность данной технологии заключается также в том, что она применима в масштабах любого животноводческого комплекса, не требует значительных капитальных затрат, сооружений, оборудования, проста в применении и позволяет получить значительную дополнительную прибыль в короткие сроки.

Экономический эффект от внедрения инновационной технологии оценивается комплексно по нескольким параметрам:

1. Технологический эффект:

- повышение среднесуточных привесов и сохранности поголовья, снижение ветеринарных заболеваний за счет улучшения условий содержания (нормализация микроклимата);
- уменьшение расхода технологической воды (идущей на смыв навоза из ванн, кана-лов), как следствие - экономия затрат на технологическую воду, ГСМ, персонал и технику при внесении «лишней» воды из навозонакопителей на поля;
- устранение вязкого донного осадка бесподстилочного навоза и гомогенизация навоза за счет, устранение наростов на трубах, ваннах, каналах, канализационных магистралях - увеличение сроков эксплуатации пластиковых и бетонных решеток, трубопроводов, насосов, снижение нагрузки на насосное оборудование.

2. Экологический эффект:

- снижение образования вредных газов внутри производственных помещений и степени токсичности навоза, соответственно уменьшение негативного влияния комплексов на атмосферу, уменьшение объемов навозонакопителей для выдерживания навоза, рисков штрафных санкций со стороны контролирующих органов.

3. Социальный эффект:

- уменьшение распространения зловонных запахов в окружающую среду и населенные пункты, в том числе при внесении навоза на поля – снятие социальной напряженности проживающего рядом населения;
- снижение концентраций вредных веществ до нормативных значений, улучшение условий работы персонала на животноводческих комплексах

4. Агрономический:

- снижение выхода животноводческих стоков с комплекса – уменьшение площади по-лей отводимых под утилизацию;

- улучшение физико-химических и гигиенических показателей бесподстилочного на-воза, т.е. сбалансированный состав по NPK, отсутствие семян сорных растений, снижение ПДК содержания тяжелых металлов в 3-10 раз, как следствие при применении – получение более высоких урожаев и снижение объемов применения минеральных удобрений.

Данные показывают, что при комплексной оценке эффективности биотехнологии по указанным критериям уровень рентабельности составляет сверхвысокие значения: до 5-7 руб. в пересчете на 1 руб. затрат в течение одного производственного цикла (2-3 месяца).

Следует отметить, что экономический эффект напрямую зависит от нескольких факторов, связанных с аспектами внедрения микробиологической технологии утилизации навоза, к основным из них можно отнести:

- ферментативная активность, химический и микробиологический состав биопрепарата;
- соблюдение Технических условий по применению биопрепарата, которые разрабатываются с учетом особенностей системы навозоудаления и технологического режима работы свиноводческого комплекса;
- текущий статус здоровья животных в хозяйстве и существующие условия содержания;
- физико-химических и биологических свойств навоза, образующегося на свиноводческом комплексе.

Таким образом, в каждом конкретном случае первоначально необходимо провести комплексный анализ существующей или проектируемой технологической схемы утилизации навоза. Затем на основании полученных данных и аналитических расчетов осуществляется адаптация инновационной микробиологической технологии утилизации органических отходов к режиму работы свиноводческого комплекса.

Конечным результатом для компаний, ставших на путь инновационного развития, будет являться повышение качества продукции при снижении себестоимости, обеспечивая высокую конкурентоспособность на рынке сельхозпродукции за счет:

- повышения экономической эффективности процесса утилизации навоза;
- нормализации условий содержания животных;
- создание благоприятных условий для работы персонала;
- комплексного решения проблем утилизации бесподстилочного навоза;
- миниминизации негативного воздействия на окружающую среду и проживающее вблизи население.