Введение. Отходы животноводческих хозяйств опасны тем, что в них содержатся, яйца гельминтов (глистов) и патогенные микроорганизмы, являющиеся источником заболеваний. Особенно опасны отходы свиноводческих комплексов. Одна свиноферма на 100 тыс. голов по интенсивности загрязнения воды равнозначна городу с населением 250 тыс. человек. Однако многие проблемы экологического плана в животноводстве еще не решены. Остро стоит вопрос использования накапливающегося навоза и других отходов, особенно на свинофермах. Жидкий навоз получают при бесподстилочном содержании скота на полах со специальным покрытием с ежедневным удалением навоза. Жидкий навоз представляет собой смесь кала, мочи и некоторого количества технологических отходов воды. На фермах крупного рогатого скота воды в нем бывает 92–93 %, на свинофермах – до 97 %. Он имеет хорошую текучесть и может транспортироваться самотеком по трубам, каналам, пневмо- и гидротранспортной системой. Содержание в помещении продуктов обмена веществ организмов животных, бактериальная осемененность воздуха, отрицательно сказывающиеся на здоровье и физиологическом состоянии животных, находятся в прямой зависимости от поголовья стада [1].
Основная часть. Существуют различные способы подготовки жидких отходов для сельскохозяйственного использования, которые заключаются в добавке различных коагулянтов для ускорения отстойных процессов или добавке реагентов для ускорения сбраживания [2, 3]. Навозостоки становятся безвредными, полезным удобрением и без запаха, после длительного выдерживания от 1 года и до 3-х лет (без запаха более 2-х лет выдерживания). Выявлено, что опасно высокое содержание азота и фосфора с выбросами в воздух аммиака, летучей органики, пыли, загрязнение водоемов (декомпрессия через почву, биоосеменение через атмосферу и т. д.).
Для свинокомплекса «Оскольский бекон-3» объем лагун (при хранении стоков около 6 месяцев) должен составлять не менее 450000 м3/год (оптимально – 500000 м3/год).
Для первого этапа оздоровления проблемной ситуации, без значительных инвестиций на применение техногенных технологий с высокими затратами: энергии, трудозатрат, себестоимости на разделение стоков с отдельной переработкой осадков и фугата; накрытие лагуны крышами, биогазовые и биологические станции и т.д., рекомендуется применение методов комплексной технологии биоремедиации для сокращения карантирования, обеззараживания и повышения полезности утилизации переработанных стоков на полях; для снижения ореола запахов на площадках свинокомплекса; уменьшения доли падежа с повышением продуктивности на всех этапах цикла выращивания.
Термин «биоремедиация экосистемы свинокомплексов» в основе использования «Консорциумом» – это микробиологическое комплексное решение острейшей проблемы навозостоков с использованием живых, полезных микроорганизмов в циклах: опороса, доращивания, откорма на всем пути обращения навозостоков: образование, сбор, хранение в лагунах, вывоз отходов на поля.
Поступающие из производственных помещений вредные вещества и запахи из лагун свинокомплексов создают экологически неблагоприятную обстановку для прилегающих территорий. Не менее важной является задача очистки вентиляционных выбросов от вредных и пахучих веществ [4–12]. Для улавливания газообразных примесей применяют адсорбционные методы очистки газов, основанные на поглощении примесей пористыми телами-адсорбентами. Процессы очистки проводят в периодических или непрерывных адсорберах. Достоинством методов является высокая степень очистки, а недостатком - невозможность очистки запыленных газов. Перспективными являются каталитические методы очистки, которые основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов. Методы используются для очистки газов от оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей. Их проводят в реакторах различной конструкции. Как правило эти методы энергозатратны, и разработка способов улавливания и утилизации вредных газов является последующей задачей улучшения экологической обстановки на территориях свинокомплексов.
Цели и задачи. Разработка методологических и технологических принципов биоремедиации экосферы свинокомплексов проводится с целью очистки и обеззараживания навозостоков; снижения выбросов загрязняющих веществ и запахов в атмосферу; повышения эффективности использования (утилизации) навозостоков как органических удобрений с сокращением сроков карантирования (выдержки) до 4-х месяцев с учетом срока заполнения лагуны (навозосборника).
Исследование технологии биоремедиации в реальных условиях опытно-промышленных испытаний в контрольных производственных корпусах (доращивание, откорм) исследуемых образцов биопрепаратов на основе использования комплекса штаммов микроорганизмов позволит выявить наиболее эффективные добавки для промышленного использования.
Основной показатель и задача биоремедиации – выявление действия биопрепарата в роли биодеструктура с выбором для широкого практического использования такого синергетического консорциума до 12 видов аэробно-анаэробных факультативных сапрофитных микроорганизмов специально отобранных и адаптивно селекционированных по критерию деструкции сложных огранозагрязненний – сертифицированных и прошедших апробацию.
Материалы и методы. Для уничтожения запахов используют биопрепараты деструкторы, которые вводят в лагуны. Проведенный обзор доступных литературных источников показал, что опубликованные результаты исследований имеют отрывочный, не систематизированный характер (в том числе и по Белгородской области), точные данные по дозировкам и способам внесения отсутствуют, что характерно и типично для всех установленных актов по результатам более раннего применения биопрепаратов на 12 свинокомплексах РФ, все акты декларативно-рекламные: «…корка отсутствует, запахи слабые, осадки уменьшены…» – все без абсолютных и относительных величин. Как правило, производители биопрепаратов занимаются непосредственно их производством, не обеспечивая научно-обоснованного их применения, а их реализацией занимаются перекупщики. Способы и дозировку применения рекомендуют «на глазок». Потребители действуют по принципу «меньше внесем – больше сэкономим». В результате происходит снижение эффекта воздействия препарата, а значит увеличение выброса неприятных запахов в окружающую среду.
В настоящей работе проведены исследования параметров микроклимата в цехах производственного комплекса, определены концентрации вредных веществ внутри помещений и поступающих на территорию свинокомплекса, произведен расчет рассеивания вредных выбросов на территориях (ГОСТ Р58578-2019 Правила установления нормативов и контроля выбросов в атмосферу), представлен сравнительный анализ биопрепаратов-деструкторов, подаваемых в лагуны навозостоков для уменьшения запахов.
В Белгородской области на различных свиноводческих комплексах применяют следующие биопрепараты деструкторы: «Эмбионик» – 1 предприятие, «Бактофор-3» - 5 предприятий, «Санвит-К» – 4 предприятия, «Санвит-К-форте» – 1 предприятие, «Доктор Робик LGN 050» – 1 предприятие, «УБП Биус» – 1 предприятие, «Экомик Про В» – 1 предприятие. Два предприятия не используют биодеструкторов совсем. К числу активно применяющих «Бактофор-3» предприятий относится и ООО «АПК «Промагро», определенное в качестве базового.
На базе свинокомплекса «Оскольский бекон-3» ООО «АПК «ПромАгро» были проведены испытания трех биопрепаратов для снижения выделений запахов в лагунах:
- лагуна №9 применялся препарат «Nonfetor» – истребитель запаха»;
- лагуна №4 – препарат «Санкрит-К-форте» - деструктор запаха»;
- лагуна №3 – препарат «Бактофор-3-лагуна» - деструктор запаха».
В лагунах № 9, №4 – экспозиция выдержки – 31-35 суток, лагуна №3 – исследовалась с выдержкой 31 день с пролонгацией до 60 суток.
Данные из протоколов испытаний, для удобства сравнения, сведены в таблицу №1.
Таблица 1
Таблица сравнительных результатов испытания биопрепаратов
|
Компоненты |
Бактофор-3 лагуна |
Nonfetor |
Санквит-К-форте |
Примечание |
|||
|
рН |
до |
после |
до |
после |
до |
после |
|
|
7,2 |
7,5 |
– |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
|
|
|
Доля сух. ост. |
1,42 |
0,9 |
– |
1,04 |
1,09 |
1,65 |
Массовая доля в % на сух. в-во.
|
|
Доля золы |
29,68 |
29,63 |
– |
29,94 |
29,64 |
22,75 |
|
|
Доля орг. в-ва |
35,16 |
35,19 |
– |
35,03 |
35,18 |
38,63 |
|
|
N2 |
0,19 |
0,19 |
– |
0,22 |
0,22 |
0,23 |
% на исх. |
|
P2O5 |
0,07 |
– |
– |
0,09 |
0,09 |
0,09 |
|
|
K2O |
0,16 |
– |
– |
0,19 |
0,21 |
0,20 |
|
|
Свинец |
2,68 |
– |
– |
3,22 |
1,89 |
1,80 |
Токсичные элементы |
|
Ртуть |
0,014 |
– |
– |
0,011 |
0,008 |
0,010 |
|
|
Медь |
1526,4 |
– |
– |
2012,4 |
1794,1 |
1308,2 |
|
|
Кадмий |
0,58 |
– |
– |
0,8 |
0,74 |
0,55 |
|
|
Мышьяк |
0,50 |
– |
– |
0,72 |
0,28 |
0,47 |
|
|
Цинк |
4020,4 |
– |
– |
4901,0 |
4364,7 |
3297,9 |
|
Микробиологические показатели у всех трех практически одинаковы:
- БГКП (клеток) – 100/10;
- энтерококки (стрептококки фекальные) – 100/10;
- патогенные энтеробактерии – не обнаружены;
- стафилококки, клостридии (патогенные) и спорообразующие бактерии (рода bacillus) и паразитологические показатели – не обнаружены.
Результаты и обсуждения. Исследования биопрепаратов, вносимых в лагуны, показали:
1. Препарат «Бактофор-3». Эффективность препарата в рекомендованных ранее (до выдачи нами рекомендаций) 9-10 мл концентрата на 1м3 навозостока незначительна: имелась корка на 2/3 площади зеркала в лагунах; запахи имели место и довольно сильные (по результатам посещения и осмотра лагун в конце июля – начале августа 2020 г. без дополнительного внесения биопрепаратов).
После внесения дополнительных концентраций (доза до 30-35 мл концентрата на 1м3 – эффективность хорошая по ослаблению запаха (до слабоощутимых), высокая по обеззараживанию за период 30-40 дней карантирования. Существенный эффект по увеличению в осадке – минеральной составляющей, оксидов токсичных элементов (зола) с уменьшением органопотенциала осадка, а также снижение содержания азота и фосфора, растворенных токсичных окислов не наблюдается. Инициация перемешиванием применялась. По отношению к двум другим биопрепаратам по эффективности практически сравним с «Санквит-К-форте» и предпочтительнее «Nonfetor».
2. Препарат «Nonfetor» – истребитель запахов». При ориентировочной дозировке 35–40 мл концентрата на 1 м3 стока запахи истребил до уровня двух других биопрепаратов. Эффективность по запахам у всех трех препаратов одинаковая. Существенно хуже эффективность (по отношению к двум конкурентам) и показатели по токсичным элементам: свинец; ртуть; медь; кадмий; мышьяк; цинк – и это при том, что температурный фактор и дозировка реагента имели преимущество по отношению к «Бактофор-3».
3. Препарат «Санквит-К-форте». Все показатели сравнимы с «Бактофор-3», но внесение биопрепарата в сухом виде имело существенное преимущество (по активному титру реагента), что, соответственно, отразилось на более лучших показателях по токсичности по отношению к «Бактофор-3» (по меди, цинку, ртути, свинцу и мышьяку).
Доказано, что при повышенных дозировках биодеструкторов (около 35 мл концентрата на 1 м3 навозостока) имеет место высокоэффективное снижение запаха и обеззараживание стоков за короткий период карантирования до 40–50 дней.
Следует отметить, что актуальной задачей является комплексное исследование отходов АПК с целью их практического использования [12–15], а также применение различных способов утилизации тепла в системах обеспечения технологических параметров микроклимата в производственных помещениях [16, 17].
На основании проведенных поисковых исследований предложено организовать процессы деструкции запахов в помещениях (в ваннах) с пролонгацией эффектов в лагунах.
Для оценки экологической обстановки определяли параметры наружного воздуха вдоль границы предприятия с подветренной стороны блока корпусов, проводили замеры вредных выбросов с последующим составлением карт рассеивания. Определили 12 точек напротив каждого полукорпуса левого крыла (через каждые 15-20 м вдоль ограждения) на расстоянии 10–15 м от полукорпусов левого крыла.
Для оценки содержания вредных веществ и уровня запахов в помещениях для откорма свиней и на выбросе вентиляционных шахт корпусов свиноводческого комплекса выполнены измерения концентрации угарного газа (СО), двууглекислого газа (СО2), оксида азота (NO2), оксида серы (SO2), метана (CH4), сероводорода (H2S) и аммиака (NH3), для оценки уровня запаха проводились измерения методом разбавления до порогового значения.
Для измерения концентрации газов использовались газоанализаторы СЕАН П-4, для измерения уровня запахов – ольфактометр Nasal Ranger методом разбавления их до порогового значения.
Измерения проводились внутри корпусов (в проходе полукорпуса), вблизи мест забора воздуха приточными клапанами, на выбросе из шахт (на 4 группах шахт на каждом корпусе) и вдоль ближайшей к обследуемым корпусам границы территории предприятия. Средние значения результатов измерений представлены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты измерений концентрации газов
|
На высоте 0,3 м |
На высоте 1,7 м |
На вытяжном камине |
||||||||
|
H2S, мг/м3 |
NH3, мг/м3 |
t, °С |
φ, % |
H2S, мг/м3 |
NH3, мг/м3 |
t, °С |
φ, % |
H2S, мг/м3 |
NH3, мг/м3 |
t, °С |
|
0,5 |
4,8 |
30,3 |
39,3 |
0,4 |
4,8 |
30,2 |
36,1 |
0,5 |
2,5 |
29,9 |
Как видно из таблицы, концентрация сероводорода остается неизменной. Аммиак, как более легкий газ, рассеивается в помещении цеха и на выбросе концентрация снизилась вдвое.
На основании полученных данных, с использованием программ «СЗЗ-Эколог (версия 1.1)» и «УПРЗА Эколог 4.60.8» выполнен расчет рассеивания выбросов вредных и пахучих веществ на территориях, прилегающих к свинокомплексу.
Карты рассеивания приведены на рисунках 1–2.
Допустимые концентрации вредных веществ в помещениях свинокомплексов согласно РД-АПК 1.10.02.04-12 составляют:
- диоксида углерода (СО2) – не более 0,2 об. %;
- аммиака (NH3) – не более 20 мг/м3;
- сероводорода (H2S) – не более 10 мг/м3.
Как видно из табл.2, с учетом требований ГН 2.2.5.1313-03 (с дополнениями), можно сделать вывод о допустимой концентрации перечисленных веществ в атмосфере помещений.
Следует отметить, что в большей части корпусов выращивания (с 6 по 9 и в 11 и 12), уровень неприятных запахов превышает предел измерения ольфактометра, что в совокупности со значительными объемами выбрасываемого вытяжного воздуха, загрязненного аммиаком и сероводородом в концентрациях до 10 % ПДК, а аммиаком до 25 % ПДК, может создавать неблагоприятные условия как для проживающих в окрестных населенных пунктах, так и для выращиваемых животных. Представленные карты рассеивания построены на данных замеров только в отдельной части 12 корпусов, без учета выбросов еще 24-х и лагун накопления навозных стоков. Поэтому с уверенностью можно утверждать, что выбросы от свинокоммплекса «Оскольский бекон-3» существенно больше и, следовательно, оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Именно поэтому постоянно поступают жалобы не только от жителей расположенного рядом села Хорошилово, но и от жителей г. Старый Оскол. Как видно из рисунка 2, смесь тяжелых газов образует более обширную неблагоприятную зону распространения выбросов вредных и пахучих веществ, по сравнению с аммиаком (см. рис. 1).
Рис. 1. Карта рассеивания выбросов аммиака
Рис. 2. Карта рассеивания выбросов аммиака, сероводорода
Выводы. В результате измерения концентрации вредных веществ на приточных клапанах установлено наличие фоновой концентрации вредных веществ в пределах норм (30 % ПДК), что свидетельствует о захвате приточной вентиляцией удаляемых из помещения вредных веществ.
Выделяющиеся в помещении вредные вещества (аммиак, сероводород) стратифицируются в зависимости от плотности (аммиак – 0,78 кг/м3, сероводород – 1,57 кг/м3) – для сравнения, плотность воздуха при нормальных условиях – 1,2 кг/м3. Удаление выделяющихся вредных газов тяжелее воздуха обычно производится из нижней зоны помещения, что не реализуется в исследуемых помещениях. Таким образом, для создания требуемых параметров микроклимата необходимо усовершенствование системы вентиляции в корпусах свинокомплекса. А для улучшения экологической обстановки на территории свинокомплекса необходима разработка дифференцированно-дискретной технологии введения деструкторов запаха в ванны приема навозостоков на свинокомплексах.
