CC BY
103
УДК 631.95
ПОТЕРИ АЗОТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ХРАНЕНИЯ И ПОДГОТОВКИ НАВОЗА К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
П.И. Гриднев, доктор технических наук Т.Т. Гриднева, кандидат технических наук ИМЖ - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ E-mail: [email protected]
Аннотация. Технологии утилизации навоза оказывают существенное влияние на потери азота и загрязнение окружающей среды. Факторов, способствующих потерям азота, много. Приоритеты каждого из факторов в зависимости от выбранной системы содержания - свои. Цель статьи - выделить и сгруппировать эти приоритеты, определить их роль в основных технологических процессах утилизации навоза. Анализ показал, что решающее влияние на потери азота из смеси экскрементов и подстилки оказывают: температура, влажность и скорость движения воздуха над поверхностью навоза; частота манипуляций с навозом; количество и качество используемой подстилки; общее количество и доля аммиачного азота в навозе, кислотность (рН) и соотношение C:N; применяемые технологии содержания животных и технические средства для уборки навоза; способы хранения и обеззараживания. Исследованиями установлено, что среди трех технических средств удаления навоза азот максимально теряется при удалении навоза транспортером ТСН-160 - 32,3%. На втором месте - скреперная установка с возвратно-поступательным перемещением - 16,8%; минимальные потери азота у шнекового транспортера - 8,1%. Потери азота навоза на выгульных дворах дойных коров составляют 8,30 г/м2 в день. Использование бакпрепаратау свиней в конце откорма сокращает выбросы метана и закиси азота на 71% и выбросы аммиака на 42%. Сократить потери аммиачного азота в помещении можно, быстро перемещая его в более прохладное место для хранения. При охлаждении жидкого навоза в навозных каналах (24 Вт/м2) испарение аммиака снижается на 31%. Значительное сокращение выбросов аммиака оказывает рН-сдвиг среды в кислую область. При снижении РН ниже 7 выделение аммиака не происходит. С увеличением РН более 11 весь аммонийный азот переходит в форму NH3. Проведенный анализ технологий позволил установить возможные направления их совершенствования с целью обеспечения механизма выбора наиболее эффективных систем утилизации навоза применительно к различным природно-климатическим условиям и различным типам животноводческих предприятий.
Ключевые слова: потери азота, загрязнение окружающей среды, технологии содержания животных.
Введение. Исследованиями установлено, что при определенных условиях навоз является вторым по значимости загрязнителем окружающей среды при производстве животноводческой продукции после выбросов от процессов пищеварения жвачных животных. Выбор технологии утилизации навоза оказывает существенное влияние на потери питательных веществ и загрязнение окружающей среды. Факторов воздействия на потери азота много. Приоритеты каждого из факторов в зависимости от выбранной системы содержания свои.
Цель статьи: выделить и сгруппировать эти приоритеты, определить их роль в основных технологических процессах утилизации навоза.
Анализ литературных источников [1-4] показывает (рисунок), что решающее влияние на потери азота из смеси экскрементов и подстилки оказывают:
1. Температура, влажность и скорость движения воздуха над поверхностью навоза;
2. Частота манипуляций с навозом;
3. Количество и качество используемой подстилки;
4. Общее количество и доля аммиачного азота в навозе, кислотность (рН) и соотношение С:К;
5. Применяемые технологии содержания животных и технические средства для уборки навоза;
6. Способы хранения, обеззараживания и внесения навоза.
Рисунок. Основные факторы влияния на потери азота при удалении, хранении и подготовке навоза к использованию
Все перечисленные факторы связаны между собой, в совокупности влияют на потери азота, ущерб окружающей среде и должны рассматриваться совместно. Например, такие факты, как количество воды или подстилки, ее вид и качество определяют вид навоза (его влажность) и систему его удаления. Частота манипуляций с навозом определяется выбранной системой содержания животных и техническими средствами удаления навоза. Температура, влажность и скорость движения воздуха в помещении зависят не только от погодных условий, но и от теплопроводности ограждающих конструкций, системы воздухообмена (качества и количества подаваемого воздуха, его температуры и влажности), системы содержания животных (привязное или беспривязное). Наличие прогулочных дворов и выпаса напрямую определяет потери азота в окружающую среду. Состояние и функционирование оконных и дверных проемов влияют на температуру и скорость движения воздуха в помещении.
Среди всех перечисленных факторов и у нас, и за рубежом наименее изучена роль механических систем удаления навоза в потерях азота. Исследования, проводимые в лаборатории уборки и подготовки навоза к использованию ВНИИМЖ, подтвердили наличие такого влияния [5]. Был выделен основной фактор, определяющий потери азота при содержании молочного стада с небольшим количеством косметической подстилки из опилок - это размер контактной поверхности и длительность соприкосновения ее с кислородом воздуха. Поскольку поверхность соприкосновения у навоза в канале со скрепером больше, чем в перекрытом решетками канале со шнеком при одинаковой периодичности удаления навоза - все это создало более благоприятные условия для сохранения аммонийных форм азота при транспортировке навоза шнеком. При транспортировке навоза транспортером ТСН-160 в канале без решеток путь перемещения навоза и количество ворошений было максимальным, отсюда и более значительные потери азота. Таким образом, выполненный эксперимент показал, что:
- максимальные потери общего азота происходят при удалении навоза транспортером ТСН-160 - 32,3%;
- на втором месте была скреперная установка с возвратно-поступательным перемещением, потери при ее использовании составили 16,8%;
- минимальные потери азота получены у шнекового транспортера - 8,1%.
Литературный анализ исследований позволил установить основные факторы, влияющие на потери азота при хранении и подготовке навоза к использованию. Круглогодичное привязное бесподстилочное содержание молочных коров - одна из самых жестких технологий содержания по отношению к животным. Установлено, что животные неохотно отдыхают на резиновых матах. Для их уборки требуется значительное количество воды, все это снижает качество навоза, ограничивает возможности его использования и повышает стоимость утилизации. Однако с позиции потерь азота в виде аммиака эта система на данный момент признана экологически наиболее чистой. Привязь, доение в стойле и возможность удаления навоза из помещения транспортерами с минимальной площадью открытых каналов обеспечивают минимальное загрязнение территории содержания животных.
Привязное содержание молочных коров на ежедневно сменяемой подстилке с пятью килограммами соломы на голову в день не снижает потерь. Влажность навоза в стойле составляет 80% при влажности используемой соломенной подстилки 30%. При использовании подстилки снижается частота удаления навоза из помещения до одного раза в сутки, что не компенсирует снижения эмиссии аммиака за счет снижения влажности и увеличения гигроскопичности навозной массы в сравнении с бесподстилочным содержанием животных, где частота удаления навоза, как правило, больше. Содержание животных на сменяемой подстилке является благоприятным для животных. Однако влажность навоза и соотношение азота и углерода не обеспечивают быстрого протекания биотермического процесса и обеззараживания
навоза, особенно в зимнее время, и требуют более длительного выдерживания компоста в буртах, что способствует дополнительным потерям азота. Если животные содержатся в помещении на глубокой подстилке (примерно 8 кг соломы на голову в день), то потери азота напрямую связаны с потерями влаги и углерода при протекании биотермических процессов в помещении, а также с перемещениями навоза при удалении и хранении. Неправильное хранение такого навоза может привести к дополнительным потерям как азота, так и калия в готовом и уже без того обедненном азотом компосте. Хранить такой навоз лучше всего на площадках с твердым покрытием под навесом или с использованием пленочного покрытия. Это позволит значительно снизить газообразные потери азота, а также вымывание азота и калия и загрязнение грунтовых вод. Для экологической оценки процесса потерь азота важным является не только его величина, но и как эти потери распределяются - сколько азота теряется в виде аммиака, а сколько в виде закиси. Ранее проведенные опыты по оценке вредных выбросов при рыхлении компостной подстилки у свиней (особенно при использовании соломы) показали значительный рост потерь азота в виде закиси. Эмиссия закиси азота стала соизмеримой с потерями азота в виде аммиака, что значительно ухудшило экологические показатели технологии, которая до появления этих исследований была отнесена к «зеленым» [6].
Установлено, что выгульные дворы дойных коров также являются значительным источником выбросов аммиака. Считают, что около 10% всех выбросов аммиака происходят на прогулочных дворах для молочных коров. Около 2 тысяч проведенных измерений показали небольшой разброс потерь азота в виде аммиака, составивший от 8,16 до 10
2 »-» 2 г/м в день при средней величине 8,30 г/м в
сутки. Результаты швейцарских исследователей показали размер эмиссии с прогулочных дворов молочных коров около 5,28 г/м в сутки, что объясняется меньшей длительностью пребывания молочных коров на выгульных дворах [7].
Протекание биотермических процессов при компостировании на площадке во многом зависит от плотности укладки буртов, времени и условий хранения готового компоста. Существуют три способа укладки буртов для созревания компостной смеси: рыхлый, рыхло-плотный и плотный; потери и азота, и углерода снижаются при движении от первого способа к третьему. Однако распределение потерь углерода в виде метана и двуокиси углерода меняется. Чем плотнее уложен бурт, тем большая часть углерода теряется в виде метана и меньшая - в виде углекислого газа. Потери азота в виде аммиака и закиси тем меньше, чем плотнее уложен бурт. Основное влияние на потери азота при хранении оказывают перебивки буртов, количество которых прямо пропорционально обоим видам потерь газообразного азота. Наличие ветра, осадков и температурный режим также оказывают влияние на потери азота. Летом процесс приготовления компоста завершается за 1,5-2 месяца. Зимой компостирование протекает вдвое медленнее.
Значительное влияние на потери азота оказывает время хранения компоста и условия его приготовления (наличие навеса над площадкой компостирования, качество смешивания, степень измельчения влагопогло-щающего материала и пр.). Так, при увеличении времени хранения компоста в плотных кучах с трех до девяти месяцев потери азота и углерода удваиваются. Использование навеса примерно на треть снижает потери углерода, потери азота снижаются всего на 10%.
Нередко в качестве удобрения используют низовой торф. Он обладает более высокой влагоемкостью, чем все остальные органические влагопоглотители (его полная вла-гоемкость достигает 90%). В сухом веществе его содержится 80-93% органических соединений, 3/4 которых состоят из гумусовых и лигниновых соединений. Содержание азота колеблется в пределах 1,5-4%, причем он минерализуется крайне медленно. Большой экспериментальный материал свидетельствует о том, что даже огромные дозы торфа (100-200 т/га) не дают существенного удобрительного эффекта. В то же время торф -
незаменимый подстилочный материал и органическая составляющая компоста, в качестве которого его следует использовать [8].
Результатом работ, проводившихся под руководством академика Н.Г. Ковалева по повышению эффективности отечественных компостов [9], стал новый вариант продукта: компост многоцелевого назначения (КМН). Полученный продукт - КМН представляет собой однородную сыпучую массу, удобную для транспортировки, фасовки и внесения в почву и может использоваться в земледелии как высококачественное экологически чистое органическое удобрение, способное практически заменить минеральные туки, существенно повысить плодородие почв, снизить объемы применения пестицидов. Его действие на урожай сельскохозяйственных культур в 2-3 раза выше по сравнению с традиционным навозом и компостами. Исходя из принятой системы оценки эффективность биокомпоста по сравнению с обычным компостом была выше примерно в 2,6 раза [10]. При биокомпостировании в исходном сырье гидролизуются сложные органические соединения, повышается доступность питательных веществ для почвенной микрофлоры и растений и оказывается определенное влияние на эффект действия и последействия биокомпостов за счет активности групп аммонифицирующих и использующих минеральный азот микроорганизмов. Таким образом, КМН при хранении в значительно меньшей степени, чем обычный компост, подвержен влиянию окружающей среды: выветриванию, высушиванию, вымораживанию и увлажнению.
Вермикомпост является продуктом, получаемым в результате переработки компо-стов на основе навоза животных специально выведенными дождевыми червями (Eisenia foetida). Для успешного производства компо-стов необходимо соблюдение определенных условий. Пищей для червей является органическое вещество субстрата. Во всех видах навоза и его смесях содержание органической массы и общего азота при производстве вермикомпоста снижается на 30-40% дополнительно к потерям при приготовлении суб-
страта. Проведенные испытания вермиком-поста практически не подтвердили его повышенных удобрительных свойств в сравнении с навозом при внесении на черноземных почвах под полевые культуры [11], особенно если учесть, что его производство обходится в несколько раз дороже традиционного компоста на основе навоза. Содержание общего азота в вермикомпосте (на сухое вещество для большей части проанализированных удобрений) составило 38-73% от подстилочного навоза КРС, фосфора - 57-270%, калия - 4086%, органического вещества - 20-74%.
Бесподстилочный полужидкий навоз подготавливается к использованию механическим разделением центрифугой или разделителями шнекового типа (шнековые сепараторы). Твердая фракция после разделения подвергается биотермической стабилизации на площадках в буртах, а жидкая вносится на поля после прохождения системы аэробного обеззараживания. Влажность твердой фракции зависит от влажности и структурного состава исходного навоза. Соотношение С^ в твердой фракции навоза после разделения позволяет протекать биотермическому процессу без дополнительного внесения влаго-поглощающего материала, если ее влажность не более 82%. Потери и выбросы при этом принимаются как при протекании биотермических процессов в системах с твердым навозом. Обеззараживание жидкой фракции осуществляется выдерживанием в накопителях-отстойниках с последующим внесением на поля для орошения. Как показывают исследования, для здоровых животных при должном контроле поступления питательных веществ в почву это - недорогой и достаточно безопасный метод утилизации [12]. Перед внесением навоза на поля его необходимо перемешивать и при необходимости измельчать. В холодный период года, когда полив не рекомендуется (на полях нет растительности, земля промерзла), из-за длительного хранения, замораживания и транспортирования жидкой фракции на поля потери азота навоза, как правило, не превышают 10%. Причем в жидкую фракцию переходит большая часть имеющегося аммиачного азота.
Примерно половина органического азота остается в твердой фракции. Соотношение между количеством азота в твердой и жидкой фракциях зависит от исходной влажности навоза, способа и эффективности разделения, влажности получаемой твердой фракции [8]. Интересны проведенные исследования по разделению пресс-шнековым сепаратором жидкого свиного навоза с содержанием сухого вещества 9 и12% соответственно нативного и сброженного навоза (таблица 1) [13]. Они подтверждают имеющиеся данные о том, что большая часть питательных веществ после разделения переходит в жидкую фракцию навоза.
Таблица 1. Состав жидкой и твердой фракций после разделения свиного навоза пресс-шнековым
В отечественной литературе распределение питательных веществ при разделении навоза подробно исследовано и описано И.И. Лукьяненковым [14]. Анаэробная переработка навоза в биогазовых установках может стать эффективной мерой сокращения выбросов ПГ за счет использования энергии метана при переработке биоотходов. По расчетам, поставка на биогазовые установки примерно 2 млн т биоотходов позволяет сократить выбросы ПГ примерно на 600 тыс. т в СО2-экв [15].
Европейская комиссия представила в 2010 году данные среднего сокращения выбросов ПГ при производстве биогаза, полученного из кукурузного силоса и навоза соответственно - 500-600 г С02-экв./кВт-ч. Эти результаты могут быть приняты, если не учитывать изменения в землепользовании, вызванные выращиванием энергетических
культур. Учет этих процессов, по единодушному мнению, приводит к отсутствию каких-либо преимуществ в экологическом плане.
Для повышения эффективности технологии специалисты с большим опытом эксплуатации таких установок рекомендуют сжигать полученный биометан в когенерацион-ной установке для выработки электроэнергии или после его очистки передавать в централизованные сети газоснабжения. Простое сжигание полученного газа для получения теплоты снижает эффективность технологии на 40%. Только при соблюдении всех технологических требований (опять же при поддержке владельца установки «зелеными бонусами» на продаваемую им тепловую или электрическую энергию) эксплуатация такой установки может быть оправдана с позиции экологической безопасности. У большинства биогазовых установок выбросы ПГ остаются ниже 100 г СО2-экв /кВт-ч, однако при неправильной эксплуатации и отсутствии качественного технического обслуживания выбросы могут многократно возрастать [16, 17].
Исследования ученых и оценки экспертов устанавливают диапазон потерь метана от непокрытых хранилищ сброженного навоза в течение всего периода хранения от 2,5 до 15% полученного метана. В диапазоне максимальных значений эти потери могут не снизить, а наоборот, даже увеличить эффект парниковых газов. Однако известно, что в последующих операциях использования сброженного навоза в качестве хозяйственных удобрений, даже при отсутствии покрытий хранилищ, увеличивается экологическое благополучие за счет снижения содержания легко разлагаемого углерода в остатке по сравнению с несброженным навозом. Для того, чтобы реализовать это преимущество, сброженный остаток должен вноситься непосредственно в пашню или на пастбища, что ведет к минимальной эмиссии по сравнению с другими способами внесения.
Опыты по применению сброженного навоза показывают, что по своему действию на урожайность культур он не уступает исходному сырью. Однако, с учетом безопасности в санитарном отношении, сброженный в тер-
сепаратором, %
Показатели Нативный Сброженный
навоз навоз
твердая фракция жидкая фракция твердая фракция жидкая фракция
Масса 9 91 12 88
Масса сухого 50 50 60 40
вещества
Содержание общего азота 16 84 21 79
Содержание фосфора (Р2О5) 38 62 52 48
мофильных установках навоз может считаться перспективным органическим удобрением. Исследования подтвердили, что генерация метана заметно улучшала ветеринарно-санитарные, гигиенические характеристики навоза (помета). Отмечено снижение микробной обсемененности, численности жизнеспособных семян сорных растений, яиц гельминтов. Значения ХПК и БПК уменьшались на 85-90%, содержание подвижных форм тяжелых металлов: никеля, меди - на 60%, цинка - на 90%. В условиях дерново-подзолистой и дерново-карбонатной почв средней полосы России при использовании эффлю-ента прибавки урожая были в среднем на 811% больше, чем при внесении нативного навоза. Это, вероятно, связано с перегруппировкой основных видов почвенных микроорганизмов в направлении повышения удельного веса агрономически более ценных бактерий (усваивающих минеральные формы азота, минерализующих органическое вещество, аммонификаторов), снижения доли продуцентов токсичных соединений - грибов, актиномицетов. На южных черноземах действие на качество культур сброженного и нативного навоза было одинаковым.
Характеристика сброженного навоза по отношению к субстрату:
- повышение влажности на 3,6%;
- снижение органического вещества на 22%, углерода - на 12%;
- общий азот, фосфор и калий остаются неизменными в пересчете на сухое вещество;
- примерно на 20% увеличивается содержание аммонийного азота.
Производство биологических эффективных микроорганизмов (ЭМ-удобрений) на основе навоза при определенных условиях может оказаться эффективным технологическим процессом для получения органо-бакте-риальных ЭМ-удобрений, относящихся к классу биоудобрений [18]. Обработка ЭМ-препаратом должна производиться согласно прилагаемой инструкции. Однако исследования европейских специалистов показывают, что действие ЭМ не всегда оказывается предсказуемо и соответствует результату, обещанному инструкцией. Как правило, при-
лагаемые инструкции обещают чудо, которое при его использовании не случается. Это связано со сложностью использования живых микроорганизмов. Использование ЭМ при производственных испытаниях, как правило, не увеличивает прибавку урожая более чем на 10-12%. Если микроорганизмы получены с использованием активной микрофлоры данного участка, то прибавка урожая может вырасти до 20%. Если в качестве питательного субстрата для органических удобрений использованы биопрепараты с ризо-сферными диазотрофами, то может быть существенно улучшено минеральное питание растений как за счет вовлечения в агроценоз азота атмосферы, так и в результате усиления поглощения корнями из почвы основных элементов питания. Также биопрепараты подавляют развитие фитопатогенных микроорганизмов, обеспечивая снижение поражае-мости растений болезнями.
Кроме производства биоудобрений ЭМ предполагается использовать в производственных помещениях для снижения потерь азота при содержании животных. Проведенные исследования воздействия различных систем содержания свиней на эмиссию аммиака, закиси азота и метана в свинарнике-откормочнике с наклонными полами при разных системах удаления навоза и использовании бакпрепарата на разных стадиях откорма позволяют оценить роль каждого фактора. Так, при содержании на полностью щелевых полах с принудительным вентилированием помещения потери аммиака были на треть больше, чем при содержании на ежедневно сменяемой подстилке (при норме выдачи подстилки 2 кг на свинью в день). При удалении жидкого навоза каналом выбросы аммиака остались неизменными, а метана и закиси азота снизились на 55%. Удаление навоза с помощью скрепера привело к дальнейшим снижениям выброса метана и закиси азота еще на 42%. Выбросы аммиака остались неизменными. Использование бак-препарата у свиней в начале откорма снизило выбросы аммиака на 7%, зато увеличило выбросы метана и закиси азота на 25%. Однако в конце откорма использование бакпре-
парата позволило сократить выбросы метана и закиси азота на 71% и выбросы аммиака на 42%. Известно, чтобы сократить потери аммиачного азота в помещении необходимо навоз чаще убирать и по возможности быстро перемещать в более прохладное место, где он будет храниться. Так, при охлаждении жидкого навоза в навозных каналах (24 Вт/м ) испарение аммиака снижается на 31%. Охлаждение происходит за счет закладки в бетон пластиковых труб. Трубы располагаются, как правило, на поверхности канализационных стоков на расстоянии 35-40 см. Охлаждающие трубы соединены с тепловым насосом. Эта система особенно эффективна в свинарниках, где полученная тепловая энергия может быть использована для обогрева помещения с животными. Эффект снижения выбросов аммиака зависит от конструкции животноводческого помещения и охладительной системы [19].
Большинство проведенных исследований позволяют утверждать, что самое значительное сокращение выбросов аммиака оказывает рН-сдвиг среды в кислую область. Это подтверждено в опытах с молочной кислотой [6]. Значительное уменьшение выделения аммиака происходит при снижении РН ниже 7. С увеличением РН более 11 весь аммонийный азот переходит в форму КИ3 . При под-кислении мочи ниже 7 газообразный аммиак растворяется в воде, и выделение его не происходит. В диапазоне кислотности от 4 до 5,5 эмиссия аммиака сокращается соответственно на 95 и 82%. Результаты исследования подтвердили практически одинаковую эффективность от использования 80% молочной кислоты и порошкового пергюлита. Представленная роль температуры также оказывает большое влияние на процессы ферментативного превращения. Рост температуры с 13 до 20°С увеличивает потери аммиака в полтора раза [20].
Среди факторов, влияющих на потери азота при хранении жидкого навоза, следует учесть температуру окружающей среды, площадь поверхности навозохранилища, наличие или отсутствие покрытия [21]. Испытания показали, что одинаковая по времени
измерения эмиссия КН3 с разных поверхностей (у земляного хранилища S = 385 м2; у бетонного - всего 115 м ) и объемов (у земляного хранилища V = 500-666 м3, у бетонного - от 180 до 300 м ) при сравнении с литературными данными попадала в диапазон интенсивности выбросов имеющихся литературных значений - от 0,33 до 15,1 г/(м2-сутки), и ближе к поверхности - от 1,0 до 18 г/(м3 •сутки).
В первом опыте с усиленным плавающим покрытием бетонного хранилища абсолютное значение эмиссии аммиака (табл. 2) было очень низким, в то время как над земляным хранилищем оно составляло почти 67 мг/ч. Средняя величина эмиссии над поверхностью хранилищ при пересчете на объем была низкой как для бетонного, так и для земляного хранилищ. При небольшом содержании азота в жидком навозе с усилением покрытия в бетонном хранилище эмиссионные выбросы аммиака снижались значительно. В опыте 2 при одинаковых покрытиях и одинаковом качестве навоза выбросы аммиака над лагунами (~ 54 мг/ч) лишь немного выше, чем у бетонного хранилища (около 45 мг/ч). Напротив, эмиссия из лагуны, рассчитанная на поверхность жидкого навоза, составляет только треть от эмиссии хранилища, а при пересчете на объем - почти половину (табл. 2).
Таблица 2. Интенсивность выбросов аммиака _для двух типов хранилищ_
Вид хранилища Интенсивность выбросов аммиака
мг/ч с площади г/(м2-сут.) с объема г/(м3-сут.)
Опыт 1. Различаются толщиной покрытия
Земляное 66,8 7,1 4,7
Бетонное 3,5 1,3 0,8
Опыт 2. Одинаковые покрытия, одинаковый навоз
Земляное 54,2 6,2 4,6
Бетонное 44,7 16,2 7,2
Анализ литературных источников подтвердил, что, как и в опыте, площадь поверхности хранилища влияет на выбросы аммиака. Поскольку лагуна имеет относительно большую площадь поверхности, предполагается, что здесь больше выделяется аммиака, чем из бетонных емкостей. Однако стены бетонного хранилища, возведенные перпенди-
кулярно, вызывают более сильную ветровую турбулентность, чем наклонные стены лагун, что приводит к более высокой потери связанного азота, значительному увеличению воздухообмена и стимуляции роста выбросов газа.
Полевые испытания показали, что относительная величина излучающей поверхности играет второстепенную роль, если имеется четкий естественный плавающий слой. В дальнейшем оказалось, что турбулентность воздуха и величина воздухообмена с поверхности бетонного хранилища играют существенную роль и приводят к более значительным выбросам. Измеренная среднесуточная скорость ветра 1,4 м/с (при максимальной скорости 17,1 м/с эквивалентная сила ветра 7), не оказывала прямого влияния на уровень выбросов. Полевые испытания показали, что объем выбросов аммиака из земляных хранилищ по сравнению с бетонными не во всех случаях больше, и при образовании плавающего покрытия этот тип хранилищ вполне конкурентоспособен.
При подпольном хранении твердого навоза и в открытых хранилищах навоза молочных коров потери метана и закиси азота одинаковы. Однако выбросы аммиака в открытых хранилищах без образования естественного плавающего слоя примерно на треть больше. По-видимому, это связано с большим влиянием состояния атмосферы (наличие ветра и солнечного тепла). Влияние пленочного покрытия на потери азота и углерода аналогично использованию подпольной системы хранения. Хранение в буртах более чем в восемь раз снижает выбросы метана, однако увеличивает выбросы закиси азота по сравнению с открытыми хранилищами (из-за пониженного содержания кислорода внутри компостной смеси). Потери азота в виде аммиака остаются неизменными. При хранении навоза свиней картина с потерей азота и углерода будет аналогичной потерям при хранении навоза молочных коров [15].
Выводы. Анализ экологической оценки существующих технологий и отдельных процессов систем уборки и подготовки навоза к использованию позволил установить
возможные направления их совершенствования с целью обеспечения механизма выбора наиболее эффективных систем утилизации навоза применительно к различным природно-климатическим условиям и различным типам животноводческих предприятий.
Для создания методики комплексной экологической оценки различных систем утилизации навоза необходимо проведение научных исследований, нацеленных на установление закономерностей изменения эмиссии парниковых газов и вредных выбросов при выполнении различных технологических процессов, связанных с производством продукции животноводства.С целью стимулирования сельхозтоваропроизводителей к созданию экологически безопасных систем производства продукции животноводства целесообразно на законодательном уровне решить вопрос Господдержки подобных систем с учетом размеров сокращения выбросов в окружающую среду и сокращения потерь при производстве продукции животноводства.
Литература:
1. URL: http://dx.doi.org/10.1155/2013/825437
2. Schneider F. Emissionspotenzial landwirtschaftlicher Tierhaltungen // Landtechnik. 2006. №4. S. 218-219.
3. URL: https://www.umweltbundesamt.de/
4. Dohler H. Ammoniakemissionen: Minderungkasten bei der Lagerung von Flussigmist // Landtechnik (66). №6.
5. Гриднев П.И., Гриднева Т.Т. Результаты экспериментальных исследований по определению эмиссии азота в процессе уборки навоза из помещения // Вестник ВНИИМЖ. 2017. №3(27). С. 119-123.
6. Kech M. Untersuchungen zur Reduzierung die Ammo-niakfteisetzung aus einzulösen Haltungsystemen für Schweine // Dis.VDI-MEG Schrift. 1997. №299.
7. Amon B., Frohlich M. Ammoniakemissionen aus frei gelufteten Stallen und Wirtschaftsdungerlagerstatten fur Rinder // KTBL-Schrift. 2006. №449. S. 49-64.
8. URL: zubstom.ru/docs/index-12611.html
9. URL: http://www.findpatent.ru/patent/211/2112764
10. URL: http://ztbo.ru
11. Методические рекомендации по изучению эффективности нетрадиционных органических и органоми-неральных удобрений. М., 2000. 39 с.
12. Кузин А.В. Техника и технология полива кормовых культур по бороздам животноводческими стоками в условиях ЦР НЗ РФ: автореф. дис. к.т.н. М., 1992.
13. ECOWEL - Ein prozessintegriertes System zur Flus-sigmistbehandlung und Abluftreinigung // KTBL-Schrift.
14. Лукьяненков И.И. Приготовление и использование органических удобрений. М., 1982. 205 с.
15. Flessa H. Studie zur Vorbereitung einer effizient und gut abstimmen Klimaschutzpolitik. Sonderheft 361.
16. Clemens J. Emissionen bei der Biogasproduktion -eine Analyse der Umweltrelevanz // Biogas in der Landwirtschaft . 2009. №32. S 142.
17. Optimierung der Verfahrenstechnik landwirtschaftlicher Biogasanlagen // LfL-Informationen. 2010. №2.
18. URL: http://rostechbio.ru
19. URL: // http:// greencapacity.ru
20. Анализ причин эмиссии аммиака в животноводческих помещениях // Проблемы интенсификации жив-ва с учетом охраны окружающей среды, стандартов ЕС и пр-ва альтернативных источников энергии, в т.ч. биогаза. Варшава, 2016. С. 57-66.
21. Krause M. Hohenheim Ammoniakmessungen über Gülleerdbecken // Landtechnik 2002. №1. S. 30-31.
Literatura:
1. URL: http://dx.doi.org/10.1155/2013/825437
2. Schneider F. Emissionspotenzial landwirtschaftlicher Tierhaltungen // Landtechnik. 2006. №4. S. 218-219.
3. URL: https://www.umweltbundesamt.de/
4. Dohler H. Ammoniakemissionen: Minderungkasten bei der Lagerung von Flussigmist // Landtechnik (66). №6.
5. Gridnev P.I., Gridneva T.T. Rezul'taty ehksperimental'-nyh issledovanij po opredeleniyu ehmissii azota v processe uborki navoza iz pomeshcheniya // Vestnik VNIIMZH. 2017. №3(27). S. 119-123.
6. Kech M. Untersuchungen zur Reduzierung die Ammo-niakfteisetzung aus einzulösen Haltungsystemen für Schweine // Dis.VDI-MEG Schrift. 1997. №299.
7. Amon B., Frohlich M. Ammoniakemissionen aus frei gelufteten Stallen und Wirtschaftsdungerlagerstatten fur Rinder // KTBL-Schrift. 2006. №449. S. 49-64.
8. URL: zubstom.ru/docs/index-12611.html
9. URL: http://www.findpatent.ru/patent/211/2112764
10. URL: http://ztbo.ru
11. Metodicheskie rekomendacii po izucheniyu ehffektiv-nosti netradicionnyh organicheskih i organomineral'nyh udobrenij. M., 2000. 39 s.
12. Kuzin A.V. Tekhnika i tekhnologiya poliva kormo-vyh kul'tur po borozdam zhivotnovodcheskimi stokami v usloviyah CR NZ RF: avtoref. dis. k.t.n. M., 1992.
13. ECOWEL - Ein prozessintegrier-tes System zur Flus-sigmistbehandlung und Abluftreini-gung // KTBL-Schrift.
14. Luk'yanenkov I.I. Prigotovlenie i ispol'zovanie organicheskih udobrenij. M., 1982. 205 s.
15. Flessa H. Studie zur Vorbereitung einer effizient und gut abstimmen Klimaschutzpolitik. Sonderheft 361.
16. Clemens J. Emissionen bei der Biogasproduktion -eine Analyse der Umweltrelevanz // Biogas in der Landwirtschaft - Stand und Perspektiven. 2009. №32. S 142.
17. Optimierung der Verfahrenstechnik landwirtschaftlicher Biogasanlagen // LfL-Informationen. 2010. №2.
18. URL: http://rostechbio.ru
19. URL: // http:// greencapacity.ru
20. Analiz prichin ehmissii ammiaka v zhivotnovodche-skih pomeshcheniyah // Problemy intensifikacii zhiv-va s uchetom ohrany okruzhayushchej sredy, standartov ES i pr-va al'ternativnyh istochnikov ehnergii, v t.ch. biogaza. Varshava, 2016. S. 57-66.
21. Krause M. Hohenheim Ammoniakmessungen über Gülleerdbecken // Landtechnik 2002. №1. S. 30-31.
THE LOSS OF NITROGEN AT VARIOUS TECHNOLOGIES OF MANURE STORAGE AND PREPARATION FOR USING P.I. Gridnev, doctor of technical sciences T.T. Gridneva, candidate of technical sciences IMJ -filial of FGBNY FNAC VIM
Abstract. Manure utilization technologies have a significant impact on nitrogen losses and environmental pollution. There are many factors contributing to nitrogen losses process. The priorities of each of the factors, depending on the chosen animal keeping system, are different. The purpose of this article is to identify these priorities into groups to determine their role in the main technological processes of manure utilization. The analysis showed that the decisive influence on the nitrogen's losses from the excrement mixture and litter give: temperature, humidity and air velocity above the manure surface; frequency of manure handling; the quantity and quality of used litter; the total number and ammonia nitrogen proportion in manure, the acidity (pH) and C:N ratio; the animal keeping applied technology and technical resources for manure cleaning; methods of storage and disinfection. Studies had found that among the three technical means of manure utilization nitrogen is lost as much as possible at manure removing by conveyor TSN-160-32,3%. In second place - scraper installation with reciprocating motion - 16,8%; minimum losses of nitrogen from the screw conveyer - 8,1%. Nitrogen losses of manure in the dairy cows' walking yards are 8,30 g/m2 per day. The bak-preparation in pigs using at the end of fattening reduces methane and nitrous oxide emissions in 71 % and ammonia emissions in 42%. Ammonia nitrogen losses in the room it can be reduced at quickly moving it to a more cold storage location. At liquid manure cooled in manure channels (24 W/m2), ammonia evaporation is reduced in 31%. On ammonia emissions significant reduction has impact of pH-shift in the acidic region. At pH decreasing below 7, ammonia is not released. At pH increasing in more than 11 all ammonium nitrogen passes into NH3 form. The given analysis of technologies allowed to establish possible directions of its improvement in order to provide a mechanism for the most effective systems of manure utilization selecting in relation to different climatic conditions and different types of livestock enterprises.
Keywords: nitrogen losses, environmental pollution, animal keeping technologies.
