Лекция 23-24. Утилизация отходов животноводства. Биогазовые установки

Если исключить проблемы, связанные с нерациональным использованием и неправильным хранением ядохимикатов и минеральных удобрений, то наиболее серьёзным источником загрязнения окружающей среды в сельской местности являются отходы животноводства.

В прошлом, когда животные содержались преимущественно на пастбищах, а плотность населения была невелика, отходы животноводства разлагались естественным путём без ущерба природе. В настоящее время, при стойловом содержании скота в течение значительного периода времени, (а иногда - круглогодично) и при высокой концентрации животноводческих объектов, возникают серьёзные экологические проблемы, а именно:

1. Бактериологическое загрязнение. Навозные бурты (при механическом сборе) или навозные стоки (при гидросмыве) содержат в огромном количестве возбудителей опасных заболеваний людей и животных. Особенно опасен свиной навоз, содержащий микробы холеры, дизентерии, туберкулёза и т.д. Санитарные нормы запрещают вывоз на поля навоза или подачу навозных стоков ранее чем после 9-11 месяцев разложения на воздухе – время необходимое для обеззараживания естественным путём. В связи с этим возникает проблема складирования навоза и распространения инфекции мухами, другими насекомыми, птицами и грызунами.

2. Загрязнение атмосферы. При разложении навоза или навозных стоков в атмосферу выделяются вредные вещества – аммиак; оксиды серы; метан, сероводород; а также летучие органические вещества, обладающие высокой токсичностью и дурным запахом. Проблема загрязнения атмосферы наиболее серьёзна в районе складирования навоза и вблизи отстойников-накопителей навозных стоков.

3. Влияние на климат. В глобальном масштабе сельское хозяйство даёт примерно 28% общей эмиссии метана, являющегося сильнейшим парниковым агентом. Из них около 10% поступают в атмосферу в результате кишечной ферментации и разложения навоза.

4. Сточные воды. Навозные стоки представляют огромную опасность при попадании в водоёмы и в грунтовые воды. Сброс неочищенных навозных стоков может привести к гибели экосистем в водоёмах и к отравлению воды в колодцах, поэтому возникает проблема очистки навозных стоков.

5. Загрязнение почвы. Навоз отравляет почву как при складировании его в буртах, так и при наличии стоков. Основным загрязнителем является аммиак и его соединения. Также ухудшается снабжение корневой системы растений кислородом, т.к. разложение навоза требует много воздуха и приводит к выделению углекислого газа. Вместе взятое это приводит к тому, что вблизи мест складирования навоза в радиусе десятков метров – мёртвая земля.

Все эти проблемы в настоящее время должным образом не решены.

1. Метод метанового сбраживания – комплексное решение проблем села.

Другой серьёзной проблемой села является недостаток энергоресурсов для бытовых и производственных целей.

Комплексным решением как экологических, так и энергетических проблем может быть применение технологии метанового сбраживания органических отходов. Суть этой технологии заключается в переработке навоза в специальных биогазовых установках (БГУ), где при определённом температурном режиме, в отсутствии доступа воздуха, в результате жизнедеятельности анаэробных бактерий происходит сбраживание органики с выделением горючего биогаза (на 65-75% - метан) и образование обеззараженного отферментированного продукта, являющегося ценным удобрением. Отферментированный продукт не нуждается в выдерживании в буртах в течение 11 месяцев, а может немедленно использоваться на полях.

Эта технология не является новой в мире. Более 10 миллионов мелких и средних БГУ работает в Китае, около 600 крупных установок работают в Западной Европе и в странах бывшего соцлагеря, строятся крупные БГУ в Канаде и США.

2. Состояние внедрения БГУ на Украине

В СССР предпринимались определённые шаги по развитию технологии метанового сбраживания. Так, в 80-х гг. в г. Сумы на свиноводческом комплексе подсобного хозяйства машиностроительного завода им. Фрунзе, под руководством к.т.н. Семененко И.В. (ныне – ведущий научный сотрудник УкрНТЭК) была построена и успешно работала БГУ с метантенком ёмкостью 300 м³, рассчитанная на переработку навоза от 3-4 тыс. голов свиней. Эта единственная на Украине установка и поныне находится в работоспособном состоянии, и только отсутствие скота не даёт возможности её эксплуатировать, поскольку сейчас в подсобном хозяйстве содержится всего 200-300 голов свиней.

Однако, развитие технологии метанового сбраживания в СССР происходило медленно. Основные причины этого были следующие:

• наличие больших запасов дешёвого природного газа;

• недооценка экологических проблем сельского хозяйства;

• общее отставание СССР во внедрении передовых технологий мирного назначения.

После распада СССР ситуация с потребностью во внедрении технологии метанового сбраживания на Украине резко изменилась.

В настоящее время природный газ поступает на Украину по цене 130 $ за 1000 м³, а потребителям он обходится ещё дороже. Повышение цен на электроэнергию и твёрдое топливо, периодические отключения от энергоснабжения привели к резкому обострению проблемы энергоресурсов села. Кроме того, в результате приватизации земли большая часть мелких собственников лишилась общественных пастбищ и вынуждена перейти к круглогодичному содержанию скота в стойлах. Это создаёт серьёзные экологические проблемы.

В настоящее время большинством сельских производителей осознана необходимость строительства БГУ с целью получения собственных энергоресурсов. В то же время ещё недостаточно понимание значения БГУ для решения экологических проблем и ценности получаемого отферментированного продукта как органического удобрения.

Оценку же серьёзности экологических проблем сельского хозяйства должно сделать Минэкологии Украины.

В настоящее время на Украине нет ни одной работающей БГУ. Сумская установка находится в рабочем состоянии, но не функционирует. Кроме того, строятся две крупные БГУ - в селе Ново-Можарово, Зачепиловского района Харьковской области по проекту И.В.Семененко, и в селе Еленовка, Магдалиновского района Днепропетровской области по проекту голландской фирмы. Оба объекта сооружаются крайне медленно из-за отсутствия средств.

4. Перспективы внедрения БГУ на Украине

Главным препятствием для внедрения БГУ является отсутствие у сельских производителей собственных средств на капитальные затраты по сооружению установок, а также отсутствие работающих установок, на примере которых можно было бы продемонстрировать преимущества технологии метанового сбраживания.

Поэтому основным условием для внедрения являются бюджетные инвестиции и сооружение нескольких пилотных установок, причём желательно привлечение в качестве генподрядчика организации, имеющей опыт проектирования и внедрения БГУ. Такой организацией является УкрНТЭК, где разработано несколько типовых проектов БГУ разной производительности.

1). Установки крупного класса, для животноводческих комплексов на несколько тысяч голов скота, с механизацией обслуживания и автоматизацией технологического процесса. Такие БГУ вырабатывают товарный биогаз, ценное органическое удобрение и решают серьёзные экологические проблемы. Затраты на сооружение таких БГУ достигают 100 тыс. $. Такие установки вносят существенный вклад в решение парниковой проблемы, и потому можно рассчитывать на привлечение внешних инвестиций со стороны стран ЕС.

2). Установки среднего класса, рассчитанные на хозяйства, где содержится несколько сотен голов КРС. Такие БГУ снабжены минимальной механизацией погрузочно-разгрузочных работ и отдельных операций. Технологический режим не автоматизирован и регулируется периодически вручную. Вырабатываемого биогаза достаточно для собственных нужд БГУ, отопления фермы или жилого дома и приготовления пищи для семьи. Получают также органическое удобрение и решаются экологические проблемы, как прямые (утилизация навоза), так и косвенные (предотвращение вырубки деревьев на дрова). Стоимость такой БГУ 5-10 тыс. $. Для среднего фермерского хозяйства это заметная сумма, однако, такие средства достаточно реальны для различных экологических фондов и для бюджетного кредитования. Большинство вновь образующихся фермерских хозяйств нуждается именно в БГУ среднего класса, однако, в связи с тем, что на Украине нет ни одной работающей установки такого типа, требуется внедрение хотя бы одного пилотного проекта. УкрНТЭК имеет предложения по конкретным объектам, на которых возможно внедрение БГУ среднего класса.

3). БГУ малого класса, предназначенные для мелких хозяйств, имеющих от 2-3 до нескольких десятков голов скота. Такие БГУ полностью основаны на ручном обслуживании, что позволило сократить капитальные затраты до 2-3 тыс.$. БГУ малого класса обеспечивает фермера биогазом в количестве, достаточном для технологических нужд самой установки, приготовления пищи для семьи и получения небольших количеств горячей воды. Одновременно решается проблема утилизации навоза и сокращается расход дров. Многие фермеры готовы внедрять такие БГУ при частичной финансовой поддержке (возмещение 30-50% капитальных затрат).