Исследование: Современные методы утилизации биологических отходов молочных ферм

Особенно актуальными в настоящее время становятся вопросы управления отходами производств. В разных странах разрабатываются специальные программы регионального и общегосударственного уровня, целью которых является снижение отрицательного влияния животноводческих отходов на окружающую среду. 

Специалисты АНО "Эксперт Молоко" подготовили для Milknews перевод исследований о том, как достичь биобезопасности и получить дополнительную прибыль. В предыдущем материале вы можете узнать, как рацион стельной коровы влияет на здоровье и продуктивность ее потомства. 

Отходы производства оказывают негативное влияние на экологическую среду и поэтому как никогда прежде, остро встаёт вопрос о разработке эффективных способов утилизации и переработки животноводческих отходов.   

Основные виды отходов животноводства на молочной ферме:

1. Продукты жизнедеятельности крупного рогатого скота (навоз, моча).
2. Отработанный подстилочный материал. 
3. Остатки несъеденного корма.
4. Вода после мойки помещений и оборудования.
5. Биологические отходы (трупы павших животных, шкуры, продукты убоя и переработки, аборт плоды, последы, и др.)   

Цели управления отходами животноводства на молочной ферме:

1. Профилактика возникновения и распространения инфекционных и инвазионных заболеваний.
2. Соблюдение ветеринарно-санитарных правил сбора и утилизации животноводческих и биологических отходов на ферме.
3. Соблюдение правил экологической и природоохранной безопасности.
4. Переработка отходов животноводства до газообразных веществ, не вредящих атмосфере.
5. Сокращение выбросов парниковых газов.
6. Нейтрализация неприятных запахов.
7. Предотвращение загрязнения подземных вод.
8. Уничтожение семян сорняков.
9. Дезинсекция и деларвация. Уничтожение мух, комаров и других вредных насекомых. 

Какие же эффективные методы утилизации и переработки отходов известны?   

Производство биоэнергии

Уже в 1998 году в европейских странах было построено больше 800 (из них – 24 крупных) биоэнергетических установок, которые работают на помете и навозе. А Индии, Китае других странах азиатского региона их уже построено более 3 миллионов. Например, технология TDP (термическая деполимеризация) даёт возможность из животноводческих отходов получить твёрдое, жидкое и газообразное топливо, а также некоторые виды удобрений и химикатов. С помощью этой технологии можно перерабатывать широкий спектр отходов: не только навоз, помет, остатки кормов, стоки и подстилку, но даже трупы павших птиц и животных. Первая стадия переработки проходит при температуре от 250-ти до 350-ти градусов Цельсия, вторая – при температуре от 500-т до 700-т градусов. Получаемая продукция аналогична дизтопливу с 8-20 атомами углерода, твёрдые фракции удобрений похожи на апатиты, а в жидких фракциях содержится от 25-ти до 28-ми процентов сульфата аммония.   

• Анаэробное сбраживание (происходит в три этапа: гидролиз, ферментация и метаногенез). Таким образом, можно перерабатывать жидкую фракцию отходов (жидкий навоз и мочу). Кроме навоза анаэробным сбраживанием с высокой эффективностью можно перерабатывать траву, ботву, мякину, солому и другие растительные остатки, а также домашние отходы и мусор. При этом, получаются жидкие биоудобрения и биогаз, из которого генерируется электрическая и тепловая энергия. Из 1м3 биогаза можно получить 2кВтч электрической энергии и 3 кВтч тепловой энергии, сжигая его в газопоршневой установке. В основе этой технологии лежит микробиологическая деструкция органической части навоза/помета в анаэробных условиях, с последующим биосинтезом метана в специальных установках. Но нужно учитывать, что объем пиролизного газа и биогаза напрямую зависит от содержания органических веществ относительно общей массы экскрементов, включая мочу, поэтому навоз КРС даст наихудший результат.

• Вермикомпостирование (Eisenia foetida - навозный червь). Биомасса земляных червей – это прекрасный корм с высоким содержанием белка, который подходит для свиней и птиц. Однако, в этой биомассе могут накапливаться соли тяжёлых металлов. Некоторые китайские и японские учёные считают эту биомассу пригодной и для человеческого питания. Использование для утилизации животноводческих отходов калифорнийского или другого земляного червя широко распространено в таких странах, как Япония, Италия, Канада, Великобритания и США. Такая методика решает сразу три задачи: утилизирует отходы; вырабатывает кормовой белок; повышает плодородие почвы.

• Производство перегноя (компостирование). Крупный рогатый скот, производит навоз с минимальным количеством органических веществ и азота, а также максимальной влажностью. Поэтому материал лучше всего подходит для получения перегноя, ведь при такой переработке количество органических веществ большой роли не играет, тем более, что соломенная или деревянная подстилка тоже является органическим веществом. Именно таким способом чаще всего проводят утилизацию навоза хозяйства, занимающиеся разведением КРС. Экскременты в любой форме (жидкой, твёрдой, смешанные с подстилкой) размещают слоями в бурты. Внутри такой кучи протекают бродильные процессы при температуре до 60°С, при которой гибнут бактерии, личинки, семена сорняков. 

По агрохимическим свойствам компостированный навоз, в отличие от свежего в разы превосходит его по микроэлементному составу. Метод подходит для ведения органического земледелия.

• Производство биоводорода. Биологические методы получения водорода по сей день находятся на стадии экспериментальных разработок. Однако многие эксперты в мире отмечают, что их развитие носит первостепенный характер в отрасли биотопливной энергетики. Это можно объяснить стремлением в условиях сокращения запасов традиционных источников энергии обеспечить как можно больше отдалённых сельских местностей малыми газогенераторными биоустановками, работающими на органических отходах. Образующийся биоводород, являющийся одним из основных продуктов процесса микробной конверсии, может быть в дальнейшем использован в качестве перспективного топлива. Главным преимуществом биологических методов получения водорода над химическими и электрохимическими является то, что процессы катализируется микроорганизмами при относительно невысоких температурах и атмосферном давлении в окружающей среде.

• Аэробное окисление жидких отходов в лагунах. Аэробные системы очистки жидкой фракции основаны на действии микроорганизмов, использующих кислород и разлагающих органические вещества на углекислый газ и воду с грязевым остатком. По степени интенсивности окислительного процесса аэробные системы подразделяют на аэробные пруды с естественной аэрацией, аэробные лагуны или биологические пруды с механической аэрацией, окислительные траншеи и аэротенки. Аэрация в них обеспечивается роторными, щёточными или воздушнотурбинными аэраторами. При аэрировании значительно ускоряется осаждение твёрдой фракции жидкого навоза или органического вещества и снижается выделение запахов в атмосферу.

• Прямое применение в качестве удобрения на полях. В прошлые времена, когда сельское хозяйство развивалось экстенсивным путём, малопродуктивных в плане удоев коров содержали в основном с целью получения их навоза. Так как концентрация скота в пересчёте на единицу пахотных земель была крайне низкой, то навоз просто либо накапливали возле фермы, либо сразу вывозили в поля, где он со временем становился перегноем. 

В настоящее время использование такого метода сопряжено с целым рядом проблем:
  
* транспортировка огромного количества стоков с содержанием сухого вещества от 2% до 5% весьма затратна,
* поверхностные и подземные воды, а также сами почвы подвергаются заражению токсическими, инфекционными и инвазионными веществами,
* такое заражение приводит к накоплению в травах, зерне и источниках воды цинка, меди и нитратов.

• Для выращивания водорослей и корма рыб. Стоки жидких отходов направляются в пруды-накопители первой ступени, которые выполняют функцию отстойников. Твёрдая фракция, полученная в них, используется как удобрение, а жидкую, разлагает специально подобранный зоопланктон. 

* Это и есть первая стадия очистки. 
* Во втором пруду стоки продолжают очищаться при помощи разных видов водорослей, которые ещё и насыщают их кислородом. Лишние водоросли убираются из пруда и добавляются в корма для птиц и животных. Также водоросли из второго пруда служат пищей для зоопланктона третьей части каскада (разного рода рачков, насекомых и червей). 
* Зоопланктон третьего пруда служит кормом малькам рыб последнего пруда.
* На четвертой ступени каскада при совместном выращивании толстолобика и карпа можно получить от 60-ти до 100 центнеров свежей рыбы с одного гектара поверхности воды. Для повышения экономической эффективности можно разводить не только рыбу, но и водоплавающих птиц. Однако использование такой системы очистки под силу лишь крупным предприятиям

• Переработка отходов в корма для животных. Вследствие того, что около 40-ка процентов кормовых питательных веществ не успевает перевариться и выходит с помётом, появилась идея повторного использования его в качестве корма для птиц и животных. Навоз используется в приготовлении специальных видов силоса – навосаж и вестлаж. Например, в США производятся такие смеси: 57 процентов коровьего навоза и 43 процента сена; или 40 процентов свиного навоза, 12 процентов кукурузного силоса и 42 процента дроблёной кукурузы. Для откорма бычков также используется примерно полмиллиона тонн мочевины, которую можно частично заменить птичьим помётом – или в чистом виде, или в смеси с опилками.   

Утилизация биологических отходов на ферме   

1) Уничтожение путём утилизации на утилизационных заводах или установках.
2) Уничтожение путём сжигания.
3) Обезвреживание в биотермических ямах.
4) Зарывание в скотомогильниках.
5) Утилизации био отходов (отходов убоя, падежа, обвалки и мясопереработки) путем экструзии.

В процессе экструзии влажных отходов с зерновым наполнителем в соотношении 1:3 получается превосходная кормовая добавка для всех видов животных (свиней, КРС, МРС, птицы и рыбы). В отличие от технологии получения мясокостной муки, данный способ переработки является безотходным, не требует утилизации смеси жира и воды, не требует огромных энергозатрат на варку, не требует решения проблемы повышенной влажности в производственных помещениях. Экструдированный продукт хранится в 2 раза дольше мясокостной муки. Белки в экструдированных кормах имеют лёгкую для усвоения форму и содержат все необходимые витамины, в то время, как в процессе длительной варки они в значительной мере распадаются и теряют свою доступность. Данная технология позволяет не только решить проблему утилизации ценного биопродукта, но и значительно сэкономить на кормах для собственных животных, а также обеспечить дополнительную прибыль от продажи востребованной кормовой добавки с повышенными качественным характеристиками.

Для соблюдения биобезопасности на животноводческом предприятии необходимо строго соблюдать ветеринарно-санитарные правила сбора и утилизации биологических и других отходов животноводства.   

Также очень важно относиться к отходам животноводства не только как к загрязняющим вредным выбросам, а как к ценному сырью, которое может помочь восстановлению земельного плодородия, повысить урожайность, а также способно помочь в получении пищевого белка (в виде тех же рыб) и кормового белка (зоопланктон, личинки, водоросли, черви), тем самым повысить прибыльность и рентабельность производства в целом.   


Перевод, адаптация: ЭМ
Published on: 12/5/2018
Author/s: Amit Kumar Singh 1, Surjyakanta Roy 2, Tripti Kumari 3. / 1 M.Sc. LPM Scholar; 2 M.Sc. Dairy Extension Scholar; 3 Ph.D. LPM Scholar ICAR-National Dairy Research Institute, Karnal, 132001.  Ветеринарный консультант: А. В. Быстрова
Первоисточник: en.engormix.com/dairy-cattle/articles/advanced-methods-dairy-farm-t43033.htm


Источник: milknews.ru