CC BY
101
УДК 338.43.02+637.1
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ МОЛОКА
В.К. Скоркин, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией Д.К. Ларкин, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник В.П. Аксёнова, инженер-исследователь О.Л. Андрюхина, инженер-исследователь
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mаil: [email protected]
Аннотация. Рассмотрены вопросы возможного негативного воздействия животноводческих предприятий по производству молока на окружающую среду применительно к конкретным условиям регионов. Производство любой сельхозпродукции сопровождается выделением четырех по-разному вредных для окружающей среды газов. К ним относятся аммиак, закись азота, метан и двуокись углерода. Основными источниками их выделения являются системы сбора, хранения и использования навоза и различных удобрений за счет потерь азота, содержащегося в них. Приведены алгоритм расчета вредных выбросов и некоторые характеристики негативного воздействия на экологию окружающей среды молочно-товарной фермы мощностью 400 дойных коров. На основании проведенного исследования сделаны выводы о необходимости применения современных экологически безопасных технологий и технических средств нового поколения; исключения возможности ввода в действие предприятий по производству продукции животноводства без оценки их негативного воздействия на окружающую среду; обеспечения предприятий по производству молока земельными площадями, пригодными для полного и эффективного использования навоза; строгого соблюдения размеров санитарно-защитных зон, соответствующих мощности и типу производства; обязательного выполнения периодического мониторинга состояния окружающей среды. Ключевые слова: предприятия по производству молока, загрязнение атмосферы, почвы и гидросферы, потери азота, системы хранения и использования навоза и удобрений, выделение вредных газов.
Неотъемлемой частью производственно-хозяйственной деятельности животноводческих предприятий является организация природопользования и охраны окружающей среды. Животноводческое предприятие является сложной биотехнологической системой, в которой технические средства в ходе выполнения технологических процессов взаимодействуют с биологическими объектами (человек, животные, растения) и окружающей средой (почва, воды, атмосфера). Результатом такого взаимодействия часто является загрязнение окружающей среды.
До недавней поры считалось, что основным источником загрязнения атмосферы, почвы и гидросферы являются промышленные предприятия. Влияние на природу сельскохозяйственных предприятий недооценивалось. Однако животноводческие предприятия не менее опасные источники загрязнения
атмосферного воздуха, почвы и вод биогенными и органическими веществами, микроорганизмами, жизнеспособными яйцами гельминтов. В результате такой недооценки было нарушено экологическое равновесие во многих районах России. Пахотные земли подверглись эрозии, засолению, загрязнению пестицидами и минеральными удобрениями. Большое количество вредных веществ сбрасывалось в наземные и подземные воды, а также в атмосферу в виде вредных газообразных соединений (ККНз, N2O, СО2, СН4, СО, ШБ и др.). Основная причина такой ситуации заключается в низкой эффективности экологического контроля на сельскохозяйственных предприятиях [1].
В этой связи возникает необходимость исключить возможность ввода в действие предприятий по производству продукции животноводства без достаточно полной и
глубокой проработки и оценки возможного их негативного воздействия на окружающую среду применительно к конкретным природно-климатическим, демографическим и экономическим условиям регионов. Загрязнение атмосферы, водных источников, земельных ресурсов, деградация почвы, снижение качества продукции и условий жизнеобеспечения населения чаще всего происходит по причине несовершенства применяемых технологий и технических средств, несоблюдения эколого-технологических требований.
Потенциальная нагрузка животноводческого предприятия на окружающую среду (Ы) может быть представлена суммой воздействий на атмосферу, поверхностные и грунтовые воды и почву:
N = N + N + (1)
где т8, т - потенциальные нагрузки на атмосферный воздух, водохозяйственные участки и почву соответственно.
Годовая потенциальная нагрузка деятельности животноводческого комплекса на атмосферу при производстве органических удобрений и их внесении в почву в соответствии с [1] определяется выражением:
п
ыа = га - /-8ё м°- л°
(2)
7=1
где / - коэффициент, учитывающий характер рассеяния загрязняющего вещества в
атмосфере (для сельхозобъектов/ = 1); М'а -масса годового выброса загрязняющего вещества /-го вида в атмосферу, т/год; Л'а - показатель относительной агрессивности /-го вещества; 8 - коэффициент, характеризующий относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха над территориями различных типов; уа - коэффициент, учитывающий экологические факторы по территориям; п - общее число загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу.
Производство любой сельхозпродукции сопровождается выделением четырех по-разному вредных для окружающей среды газов. К ним относятся аммиак, закись азота, метан и двуокись углерода. По данным [3] доля животноводства в общих антропоген-
ных выбросах каждого газа составляет: ЫН - 90%, N20 - 65%, СН4 - 37% и СО2 - 9%. К наиболее значимым по вредности газам следует отнести три - аммиак, закись азота и метан. Основными источниками последних являются системы сбора, хранения и использования навоза и различных удобрений за счет потерь азота, содержащегося в них. Метан поступает в атмосферу преимущественно от внутренних ферментативных процессов животных на фермах КРС и составляет примерно 102 кг/гол в год [3].
Потери азота (в долях) в атмосферу из навоза на разных стадиях технологических процессов определяются в зависимости от характеристик фермы и включают в себя: ^от1 - потери азота в помещениях для жив отных; Мют2 - потери при переработке навоза; Мютз - потери при транспортировке и хранении навоза; тпот4 - потери азота при внесении навоза или полученных из него удобрений в почву. Соответственно этим определениям расчет потерь азота (т/год) на разных стадиях проводится следующим образом: в помещениях: Атт = MN - тпот1, (3) где М№ - исходное содержание азота в навозе, т/год;
при переработке:
Атт2 = (Мт - Атт) - тпот2; (4)
при хранении:
Атт = (Мт - Атт - Аттг) - тпотз; (5) при внесении в почву:
Атт4 = (Мт - Атт - Атт -Атт) - тпот4 (6) Общие потери азота в атмосферу из навоза и удобрений:
4
АтаН = ЁАтМ, у (7)
У =1
Выход аммиака в атмосферу (т/год), определяемый этими потерями, рассчитывается по формуле:
Мми 3
т
аЫИЗ
- Ат
М
аЫ
(8)
N
где - молекулярная масса аммиака; - атомный вес азота.
Годовой выход навоза (т/год) определяется для выбранного типа кормления и технологии содержания по формуле:
Лоигпа! оГ УШТ^Н №3(23)-2016
5
Мо (+ шп]) • п} • Т/1000 , (9)
7=1
где шну и шпу - суточная норма выхода навоза и расхода подстилки на одно животное в у'-й половозрастной группе, кг/(гол • сут); Пу - количество животных в у'-й группе; Т - стойловый период, дней.
Средняя концентрация азота в навозе определяется по нормам его содержания в навозе каждой половозрастной группы как
среднемассовая величина:
k
N =
X
= j=1
m.. - N . 'j j
Mr
(10)
Мв = h - -
хн1
расходуемого на теплоснабжение в котельных или теплогенер аторах, а также двигателями мобильных технических средств. Загрязняющие вещества от животноводческих предприятий поступают также в наземные водоемы и грунтовые воды. Наиболее опасными из них являются аммиак от внесения удобрений и содержащийся в стоках из атмосферных осадков с различных поверхностей (крыш, дорог, выгульных площадок и т.п.), а также взвешенные вещества, содержащиеся в этих же стоках.
Количество аммиака, попадающего в воды при внесении удобрений, определяется по п отерям азота в в од ы н а э то й стадии:
где - концентрация азота в навозе у'-й половозрастной группы, кг/т сухого вещества.
Исходное содержание азота в навозе (т/год) определяется по формуле:
N Н,} у 100^ 1000 ' V !
где щ - влажность навоза у'-й половозрастной группы, %; Мну - годовой выход навоза от '-й половозрастной группы, т/год: Мну = шнгПуТ/1000.
Выход навоза за цикл хранения на ферме должен учитывать добавленную воду в помещении при его уборке и удалении, а также атмосферные осадки, добавленные при хранении навоза:
Мн = (Мо •Кдоб + Мв)КцикЛ , (12)
где Кдоб - коэффициент, учитывающий количество добавленной при уборке и удалении навоза воды; Кцикл - коэффициент, учитывающий время хранения навоза в хранилищах; Мв - количество воды, добавленной за счет атмосферных осадков в хранилища навоза открытого типа, т V
(13)
m 5 = (MN -X Лmk ) - Nп
поТ5 ■
(14)
k=1
где Нос - количество атмосферных осадков, м/год; ^хн1 - объем хранилища навоза, м3; Нхн - глубина хранилищ, м; Пхн - количество хранилищ навоза.
Кроме приведенных выбросов вредных веществ в атмосферу от навоза необходимо учитывать и продукты сгорания топлива,
где лЛшм5 - потери азота в воды из удобрений или навоза на стадии их внесения в почву , т/год ; Mn - исходное содержание азота в навозе, т/год; лЛшк - потери азота из навоза на каждой стадии обработки, предшествующей внесению в почву, т/гол; Nnom5 - потери азота в воды при внесении удобрений или навоза, зависящие от способа их внесения, доли.
Поступление аммиака в воды, определяемое потерями азота при внесении удобрений, рассчитывается по формуле:
М^удобр NH3 — 1,21 ■ЛmN5 (15)
Поступление аммиака в воды от атмо-сф ер ных осадков вместе со стоками определяется массой сточных вод, стекающих с различных поверхностей:
Мпов = XFi - hoc , (16)
где XJFi - сумма всех поверхностей, м2; hoc - количество атмосферных осадков в год для данного региона, м/год.
Масса аммиака в стоках (т/год) определяется по ф ор муле :
mnoeNH3 = bNH3noe - Мпов /106 , (17)
где bNH3noe - концентрация аммиака в стоках предприятия данного типа [1], мг/л (г/т).
Масса взвешенных веществ в этих же стоках (т/год) определяется по формуле: тпов.вз — hoc-XFi-Ьвзi/106 , (18)
где Ьвз i - концентрация взвешенных веществ в стоках с i-й поверхности, мг/л (г/т).
Учитывая, что предприятия по производству молока создают значительное загрязнение атмосферы и водных источников, при проектировании и эксплуатации их систем удаления и подготовки к использованию навоза следует учитывать требования по охране окружающей среды от загрязнения, предусматривающие необходимость наличия са-нитарно-защитных зон (СЗЗ) [1]. Размеры СЗЗ зависят от мощности предприятия и должны соответствовать требованиям Сан-ПиН 2.2.1/2.1.1. 1200-03 [4]. Основные характеристики СЗЗ приведены в табл. 1.
Таблица 1. Размеры санитарно-защитных зон
Комплексы КРС; открытые хранилища навоза и помета 1000 м
Фермы КРС более 1200 голов; открытые хранилища биологически обработанной жидкой фракции навоза; закрытые хранилища навоза 500 м
Фермы КРС менее 1200 голов; площадки для буртования навоза 300 м
фициент; V - объем или площадь конкретного объекта загрязнения; тг - удельная приведенная масса загрязняющего вещества; Аг -показатель относительной опасности загрязняющего вещества; г - номер загрязняющего вещества; п - общее число веществ.
Таблица 2. Минимальная площадь, необходимая
Тип комплекса Поголовье Потребная площадь, га
для всего объема навоза для жидкой фракции
Предприятия 100 36 -
по производ- 200 75 -
ству молока и 400 145 -
комплексы 800 300 200
КРС 1200 440 300
Для расчетов можно принять, что зона активного загрязнения представляет собой территорию внутри окружности радиусом г с центром в источнике загрязнения.
Величину г(м) для комплексов и ферм КРС можно определить по формуле:
г = Р +1862 , (19)
* 4,274 V 7
где Р - мощность фермы, голов.
Важным условием деятельности животноводческого предприятия является наличие земельных площадей, пригодных для эффективного использования навоза. Минимальные площади представлены в таблице 2. Эколого-экономические расчеты включают в себя определение расчетного экологического ущерба окружающей среде и платы за нанесенный ущерб. В общем виде эколого-эконо-мический ущерб определяется по формуле:
п
Эу = С-д-V(4 • ш1), (20)
г=1
где Эу - величина эколого-экономичес-кого ущерба; С - стоимостный эквивалент загрязнения отдельных компонентов окружающей среды; д - территориальный коэф-
Плата за размещение навоза в пределах установленных лимитов - Пнл, т.е. если выход навоза за цикл хранения не превышает массы навоза в хранилище (Мн < рн-Ух): Пнл = снл ■ Мн • Кмр • Крег • Ктер • Кин /1000, (21)
где Снл - плата за размещение навоза в пределах установленных лимитов, руб/т; Мн - выход навоза за цикл хранения, т; рн - плотность навоза, т/м3; Ух - объем хранилищ навоза, м ; Кмр - коэффициент, учитывающий место размещения отходов; Крег, Ктер, Крек - коэффициенты, учитывающие особенности местности (региона, территории, наличие водных бассейнов); Кин - коэффициент индексации, учитывающий изменение тарифов.
Плата за размещение навоза сверх установленных лимитов увеличивается в 5 раз [1].
Плата за выбросы продуктов сгорания топлива в атмосферу (тыс. руб/год) определяется согласно [1] по формуле:
Паттоп = IB ' V Крег ' Ктер ' Кин /1000 , (22)
i
где Вт1 - годовой расход z'-го вида топлива, т/год; Yet - норматив платы за выбросы в атмосфер ный воздух загрязняющих веществ передвижными источниками от t-го вида топ л и в а, руб/т.
Плата за сброс вредных веществ в воды определяется отдельно для каждого вещества с учетом установленных норм, лимитов и тарифов оплаты за сброс в пределах норм, лимитов и сверхлимитные выбросы [1,2].
Journal of VNIIMZH №3(23)-2016
7
В качестве примера в табл. 3 приведены характеристики негативного воздействия на экологию окружающей среды молочно-то-варной фермы мощностью 400 дойных коров, имеющей два навозохранилища открытого типа емкостью 2000 м3 каждое и хранилище минеральных удобрений закрытого типа достаточной емкости. Переработка навоза отсутствует, выдержка навоза в хранилищах 6 мес., внесение удобрений внутрипочвенное.
Таблица 3. Характеристики негативного воздействия фермы 400 голов на экологию
Выход навоза с добавленной водой, т/год 11937
Потребность в землях для выращивания кормов, га 694
Потребность в землях для внесения навоза, га 145
Исходное содержание азота в навозе, т/год 44,0
Общие потери азота в атмосферу, т/год 21,2
Потери азота в воды при внесении удобрений, т/год 7,3
Остаток азота в удобрениях после их внесения, т/год 15,4
Выход аммиака в атмосферу из навоза и удобрений, т/год 25,4
Выход аммиака в воды из удобрений, т/год 8,8
Выход аммиака в воды из стоков, т/год 1,2
Выход взвесей в воды из стоков, т/год 1,6
Выводы:
1. Обеспечить наличие земельных площадей, пригодных для полного и эффективного использования навоза.
2. Исключить возможность ввода в действие предприятий по производству продукции животноводства без оценки возможного их негативного воздействия на окружающую среду.
3. Строго соблюдать размеры СЗЗ, соответствующих мощности и типу производства.
4. Применять современные экологически безопасные технологии и технические средства нового поколения.
5. Выполнять периодический мониторинг состояния окружающей среды.
Литература:
1. Практическое руководство для с.-х. предприятий / Афанасьев В.Н. и др. СПб., 2005. 272 с.
2. Технологические требования к новым техническим средствам в животноводстве / Иванов Ю.А. и др. М., 2010.
3. Гриднева Т.Т. Эмиссия вредных газов при производстве животноводческой продукции // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №4. С. 61-69.
4. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий»
Literatura:
1. Prakticheskoe rukovodstvo dlya s.-h. predpriyatij / Afa-nas'ev V.N. i dr. SPb., 2005. 272 s.
2. Tekhnologicheskie trebovaniya k novym tekhniches-kim sredstvam v zhivotnovodstve / Ivanov YU.A. i dr. M., 2010.
3. Gridneva T.T. EHmissiya vrednyh gazov pri proizvod-stve zhivotnovodcheskoj produkcii // Vestnik VNIIMZH. 2012. №4. S. 61-69.
4. SanPiN 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Sanitarno-zashchitnye zo-ny i sanitarnaya klassifikaciya predpriyatij»
LIVESTOCK ENTERPRISES ECOLOGICAL SAFETY V.K. Skorkin, doctor of agricultural sciences, laboratory chief D.K. Larkin, candidate of technical sciences, leading research worker V.P. Aksenova, engineer-researcher O.L. Andrukhina, engineer-researcher
All-Russian research institute of animal husbandry mechanization
Abstract. The livestock milk production enterprises possible negative impact issues on the environment in relation to regions' specific conditions are considered. The of any agricultural products industry is accompanied by four different environmentally harmful gases. They include ammonia, nitrous oxide, methane and carbon dioxide. Their allocation main sources are manure collection, storage and use system and various fertilizers due to nitrogen losses of its containing. The 400 dairy cows dairy farm's emissions and some negative characteristics on environment ecology impact algorithm of calculation is given. On the conducted research basis the conclusions about the modern environmentally safety new generation technologies and technical facilities application necessity are made; animal products manufacture enterprises commissioning without their environment impact negative ability assessment eliminating; the dairy enterprises with land areas suitable for full and effective manure utilization providing; of the size sanitary-protective zones appropriate capacity and type of production strict observance; environment condition's periodic monitoring making.
Keywords: milk productivity enterprises, atmosphere, soil and hydrosphere pollution, nitrogen loss, manure and fertilizers storage and use systems, harmful gases emission.
