Анализ методов обеззараживания животноводческих стоков и помета с ферм

И.Л. Болоцкий, доктор ветеринарных наук, профессор
В.И. Семенцов, ведущий научный сотрудник, кандидат ветеринарных наук
С.В. Пруцаков, старший научный сотрудник, кандидат ветеринарных наук
А.К. Васильев, старший научный сотрудник, кандидат ветеринарных наук
Н.И. Крюков, старший научный сотрудник, кандидат ветеринарных наук
Краснодарский научно-исследовательский ветеринарный институт РАСХН

Ведение животноводства предусматривает не только активное производство и заготовку кормов, но и уборку, переработку и использование образующегося навоза, стоков и т.д. с живот­новодческих ферм. Значительную экологическую и эпизоотологическую опасность представляют отходы животноводческих ферм и сельскохо­зяйственных предприятий, в частности навоз и помет, отличающийся высоким содержанием экологически опасных веществ: аммиака, серо­водорода, меркаптана, фенола, солей тяжелых металлов и др.

В то же время в земледелии существует значительная потребность в органических отходах агропромышленного комплекса, содержащих достаточное количество питательных элементов, представляющих цен­ный сырьевой материал для получения высокоэффективных удобрений и других продуктов, необходимых сельскому хозяйству.

Помет и навоз, вносимый необработанным в почву, является опасным, в связи с возможным содержанием возбудителей инфекци­онных и инвазионных заболеваний, экзотоксикантов (тяжелых метал­лов, пестицидов, микотоксинов и т.д.) медикаментозных препаратов и других загрязнителей. Почва после внесения органических отходов в значительной степени обсеменяется микрофлорой и семенами сорных растений, что создает определенную экологическую и санитарную опасность. Использование органических отходов без переработки нецеле­сообразно, поскольку при хранении через 2-3 месяца потери азота в них могут составлять 50-60%. Животноводческие стоки с ферм являют­ся источником распространения возбудителей свыше 100 заболеваний животных и человека. К таким болезням относятся: ящур, бруцеллез, сибирская язва, лептоспироз, сальмонеллез, энцефалит, рожа и чума свиней, кокцидиозы и многие другие.

Отходы животноводства служат потенциальным источником яиц гельминтов, плесеней, грибков.

Помимо возбудителей особо опасных болезней для животных и человека, навоз непрерывно обогащается условно-патогенными микроорганизмами, постоянными обитателями желудочно-кишечного тракта животных типа: кишечной палочки, стрептококков, синегнойной палочки и других. Данные микроорганизмы, проходя многократные в пассажи через организмы животных, усиливают свою патогенность и вызывают у животных, чаще у молодняка, такие заболевания как коли-бактериоз, стрептококкоз, псевдомоноз и другие. Условно-патогенные микроорганизмы по своей природе обладают высокой резистентнос­тью к внешним факторам и лекарственным средствам, поэтому требу­ют сильного губительного воздействия для их уничтожения. В этих проблемах важным для науки и практики является разра­ботка биотехнологических процессов утилизации органических отходов, обеспечивающих организацию эффективных, безотходных и природо­охранных технологий биоконверсии навоза и помета.

На основании комплексных лабораторных исследований сотруд­никами лаборатории эпизоотологии Краснодарского НИВИ определено ветеринарно-санитарное состояние различных видов и форм навоза сельскохозяйственных животных и помета кур. Исследованиями сотруд­ников лаборатории и по литературным данным санитарно-бактериоло-гического состояния свежего навоза установлена их высокая степень микробной контаминации.

Так, общее микробное число свежего подстилочного навоза круп­ного рогатого скота составляло 6,0±0,1 - 2,0±0,25.10б КОЕ/г, а бес­подстилочного - более 29,0±0,09 млн КОЕ/г.

Уровень микробной загрязненности нативного свиного навоза колебался от 2,6±0,5.107 до 5,0±0,2.109 КОЕ/г.

Максимальная степень контаминации микрофлорой отмечена у свежего бесподстилочного свиного навоза при сплавной системе уда­ления, где уровень микробной загрязненности на один - два порядка выше, чем при системе гидросмыва.

Результаты санитарно-биологических исследований показали, что хранение и переработка навоза и помета на основе их компости­рования обеспечивает гибель патогенной вегетативной микрофлоры.

1. Уровень общей микробной загрязненности перепревшего навоза крупного рогатого скота, свиней и помета кур колеблется в пределах от 2,2 до 14,5.106 КОЕ/г.

Биологическая специфика органических отходов (навоза и поме­та) животноводческих и птицеводческих предприятий свидетельствуют, что они являются продуктом обмена веществ животных, птицы и при определенных условиях ведения сельскохозяйственного производства могут содержать не только различные химические элементы в виде азо­та, фосфора и калия, необходимые для повышения плодородия почвы, но и их соединения в виде нитратов, нитритов, а также токсические ве­щества, оказывающие негативное воздействие на окружающую при­родную среду.

Результаты агрохимических исследований различных видов орга­нических отходов (навоза и помета) показали, что химический состав свежего подстилочного навоза крупного рогатого скота, свиней и по­мета кур имеет значительные колебания по показателям кислотности, содержания в нем влаги и питательным элементам.

В свежем подстилочном навозе крупного рогатого скота и свиней содержится: воды от 62,0% до 69,0%, азота общего 0,32-0,69%, амми­ачного 0,07-0,13%, нитратного от 33,7+8,2 до 48,9+3,3 мг/г, а рН (кис­лотность) колебалась в пределах от 7,7 до 8,1. В свежем подстилочном помете кур количество основных питательных элементов выше, чем в навозе крупного рогатого скота и свиней. Так, содержание азота об­щего составляет от 1,31+0,1 до 1,52+0,11 %, аммиачного от 0,40+0,3 до 0,62+0,3 %, нитратного от 98,8+13,5 до 109,5+12,2 мг/кг, влаги от 67,0+3,6 до 72,0+3,5%, а рН 6,8-6,9.

В перепревших органических отходах (навозе и помете кур) от­мечено снижение содержания в субстрате влаги до 65,0-67,2%, азота общего до 0,4 и 0,62%в навозе крупного рогатого скота, свиней соот­ветственно, до 1,4% в помете кур, азота нитратного на 35,0-45,01 % и увеличение азота аммиачного в 3,2 раза.

Концентрация тяжелых металлов в органических отходах регла­ментируется уровнем их содержания в почве и оценивается на основа­нии ориентировочно допустимых уровней (ОДУ) токсичных элементов, которые составляют (не более, мг/кг): для свинца 6,0 мг/кг, для кадмия 0,5 мг/кг, для ртути 2,1 мг/кг, нитратов 130,0 мг/кг в соответствии с требованиями "Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) тяже­лых металлов и мышьяка в почвах (Дополнение к перечню ПДК и ОДК N°6229-91)", Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.020-94, Госкомсанэ-пиднадзор России, 1995.

Определение уровня содержания солей тяжелых металлов и других токсинов в навозе до его внесения в почву дает возможность нормированного его использования и в этом случае не представляет опасности для окружающей природной среды. В таком случае, навоз не может быть источником загрязнения почв и продукции растениеводс­тва опасными химическими соединениями и токсичными элементами.

В мировой практике существует несколько способов обеззара­живания навоза и стоков с животноводческих ферм. Основными из них являются следующие: 1) биотермический метод; 2) использование химических реагентов; 3) термическая обработка; 4) радиационное облучение и др.

Биотермический метод наиболее широко распространен и заклю­чается в закладке навоза в бурты или траншеи с добавлением соломы, торфа или опилок в соотношении 1:4. В условиях биотермического про­цесса в течение 3-4 месяцев происходит его обезвреживание и пре­вращение его в перегной, пригодный для внесения в почву.

Как разновидность биотермического метода последние годы стал применяться метод принудительного биотермического созревания на­воза. При этом методе в навоз добавляются различные комбинации биологически активных веществ и безвредных микроорганизмов (за­квасок), которые ускоряют процесс биологического обезвреживания навоза и делают его пригодным для применения как органическое удобрение.

Биохимический способ обеззараживания и утилизации свино­го навоза рассчитан на одновременное, быстрое обезвреживание и наиболее полное использование органических соединений в све­жем навозе.

Технология биохимического обезвреживания сводится к следую­щему. По трубам закрытой канализации навоз поступает в приемник, затем в гидролизный аппарат, где субстрат в присутствии серной кис­лоты подвергается термической обработке при температуре 125-130° в течение 2,5-3 часов. Концентрация серной кислоты доводится в субстрате до 0,7-0,8%. Этот метод комиссией Госкомитета по науке и технике признан перспективным, но нуждающимся в техническом усо­вершенствовании.

Термическая обработка. На ряде свиноводческих комплексов Московской, Нижне-Новгородской и других областей для обеззаражи­вания навоза используют термическую обработку. Схематически обез­вреживание навоза выглядит так.

Разжиженный навоз подвергается фильтрации, сушке в сушиль­ных печах, измельчается и упаковывается в мешки.

Жидкая фракция подается на аэраторы, где происходит биоло­гическая очистка. Очищенная сточная вода поступает в отстойники, где осаждается активный ил, который подается на иловые площадки, а частично, в емкости с аэраторами для поддержания биологической активности очистки.

Вода после отстоя поступает на вторую ступень очистки станцию биологической очистки.

Радиационный способ. В последнее время сотрудниками ВНИ-ИВС разработаны режимы обеззараживания животноводческих стоков с помощью гамма-лучей радиоактивного изотопа 80С (мощность дозы 7000 Р/мин).

Опыты показали, что радиационный метод позволяет надежно обеззараживать разжиженный навоз, инфицированный патогенными вегетативными формами микроорганизмов и вирусами (возбудите­ли бруцеллеза, туберкулеза, ящура, болезни Ауески), а также яйцами -п гельминтов.

Химический способ. В мировой практике используют при этом различные реагенты: формальдегид, негашеную известь, суперфосфат, серную кислоту, гипс и др.

Высказывается мнение, что не все химические дезинфицирую­щие средства эффективны в экономически приемлемых концентраци­ях. Кроме того, применение некоторых дезосредств усиливает образо­вание аммиака и сероводорода. Несмотря на это, в некоторых странах считают необходимым проведение при вспышке инфекционных за­болеваний в животноводческих хозяйствах химической обработки на­воза. Так, в ФРГ рекомендуемым методом для сельскохозяйственных предприятий была химическая обработка формальдегидом (3% фор­мальдегида от общего объема жидкого навоза с содержанием сухого остатка до 10%).

Использование озона. Существует способ обеззараживания на­возной жижи озоном, обладающим сильным бактерицидным действи­ем. Озон уменьшает общее количество бактерий на 99,4%. Возбудите­ли полиомиелита уничтожаются озоном за 2 минуты при концентрации 0,45 мг/л, тогда как при хлорировании дозой 1 мг/л для этого требуется 3 часа. Этот способ обеззараживания требует больших затрат и не бе­зопасен для персонала.

Очистка и обеззараживание сточных вол. Сточные воды выво­дятся из помещений с навозом через щелевые полы или специальные люки. Их можно очистить различными способами.

Сточные воды пропускают через резервуары, заполненные илом, шлаком, щебнем и другими пористыми материалами, на поверхности которых появляется пленка, состоящая из микрофлоры, разлагающей органические вещества. Так как однократная фильтрация не дает же­лаемого результата, сточные воды пропускают через 2-3 биологических фильтра.

Затем проводят отстаивание сточных вод и аэрофилизацию сточ­ных вод. С целью обеззараживания в сточную воду вносят активный ил и снизу продувают воздух. Активный ил состоит в основном из микроор­ганизмов, которые легко окисляют органические соединения.

Мониторинговыми исследованиями было установлено, что на­иболее широко в практике применяется биотермический метод обезза­раживания навоза с использованием ряда биологических препаратов, ускоряющих этот процесс: Байкал ЭМ-1, УФ-7, "Возрождение" и др. В основу идей применения биологических культур положено понятие ЭМ-технология (эффективные микроорганизмы), родоначальником кото­рой является японский микробиолог Геруо Хига, создавший в 1988году мощный микробиологический комплекс, включающий 86 штаммов эффективных микроорганизмов. Рождение ЭМ-технологии имело ми­ровой резонанс. Ее внедрение стало частью национальной политики многих высокоразвитых государств.

В России ученый П.Шаблин создал препарат "Байкал-ЭМ-1), оказавшийся не менее эффективным, чем японский, но дешевле в десятки раз.

Цель ЭМ -технологии заключается в создании оптимальных усло­вии для развития полезной микрофлоры, которая повышает плодоро­дие почвы и урожайность возделываемых культур; подавляет патоген­ную микрофлору и оздоравливает почву и растения.

Препарат "Байкал ЭМ-1" содержит консорциум аэробных и ана­эробных бактерий, являющихся антиподами болезнетворной микро­флоры.

"Байкал ЭМ-1" представляет собой водный раствор, содержащий азот-фиксирующие, фотосинтез и рующие, молочнокислые бактерии, дрожжи и продукты жизнедеятельности этих микроорганизмов.

Препарат "Байкал-ЭМ-1" разлагает органику, растительные остат­ки, пищевые отходы, навоз и др. в легкодоступные и легкоусвояемые для растений формы, обогащает почву и компосты витаминами, ами­нокислотами, биологически активными веществами. Микроорганизмы улучшают структуру почвы, увеличивают ее биологическую активность и приумножают плодородие.

Принципиальное отличие препарата "Байкал ЭМ-1" от других мик­робиологических препаратов состоит в его многокомпонентности. От­сюда -универсальность в применении и большая эффективность.

Микроорганизмы не только питают растения своей отмершей биомассой, но и создают оптимальные условия обитания для всей остальной почвенной фауны. Также они активно участвуют в синтезе "р высокомолекулярных соединений - перегнойных кислот, которые об­разуют запас питательных веществ в почве.

Заботясь о повышении почвенного плодородия и повышении урожайности, в первую очередь, необходимо заботиться о питании микроорганизмов и о создании условий для активного развития микро­биологических процессов, об увеличении популяций микроорганизмов в почве. Основными поставщиками питательных веществ для растений являются аэробные микроорганизмы. Поэтому, увеличение рыхлости, водопроницаемости, аэрации при оптимальной влажности и температу­ре почвы обеспечивает наибольшее поступление питательных веществ к растениям.

Препарат "Байкал ЭМ-1" и N°1 для использования коммерческих серий разводят обычной водопроводной водой 1:1000. Таким раство­ром орошают исследуемые объекты 1-2 раза.

Препарат "Байкал ЭМ-1" при внесении в почву или навоз ради­кально воздействует на биоценоз почвы, устанавливает новые связи в экосистеме почвы и подавляет патогенную микрофлору почвы, стоков животноводческих ферм и помета. Таким образом, производится обез­зараживание почвы, навоза и другой окружающей среды.

Экспериментальное исследование мы проводили на 3-х свиното­варных фермах в трех хозяйствах, т.е. с использованием свиного наво­за, и на 3-х молочно-товарных фермах в двух районах с использовани­ем навоза крупного рогатого скота. В опыте проверяли два препарата: N°1 - нашего производства, ЭМ-1-культуру.

Рабочие растворы препаратов готовили согласно инструкции по приготовлению "Байкал ЭМ-1", но прежде мы проверяли выбранные препараты на безвредность и токсичность.

Препараты ЭМ-1 и N°1 представляют собой взвесь микроорга­низмов в питательной среде. Прежде чем начать широкие опыты, мы проверили их на некоторые показатели.

Введение подкожно и внутрибрюшинно 10-ти белым мышам 0,5-1мл взвеси препаратов не привело к гибели животных, следовательно, они не обладают патогенностью. При вскрытии на 7 сутки специально убитых животных заметные патолого-анатомические изменения во внутренних органах не наблюдались. Из тканей внутренних органов исходные культуры не выделялись. Все это говорит о безвредности этих препаратов.

Проведенные опыты на токсичность показали, что однократ­ное внутрижелудочное введение препаратов как в нативном виде, так и в рабочем растворе, а также ежедневное внутрижелудочное введение препаратов ЭМ-1 и N°1 не вызвало гибели животных и су­щественных отклонений от нормального состояния. Животные всех групп сохраняли удовлетворительный аппетит, имели гладкий и чис­тый шерстяной покров.

Гематологические и биохимические показатели крови животных всех групп находились в пределах физиологической нормы.

Таким образом, одно- и многократное внутрижелудочное введе­ние препаратов ЭМ-1 иN°1 не приводит к гибели лабораторных живот­ных. Данное обстоятельство не позволило определить ЛД5о и рассчи­тать коэффициент кумуляции по показателю смертельного эффекта.

В настоящее время лабораторией эпизоотологии Краснодарс­кого НИВИ продолжены производственные опыты по изучению эффек­тивности ЭМ-1 и N°1 для переработки навоза в условиях животновод­ческих ферм. Изучаются оптимальные методы и количество вносимого препарата при закладке навоза и помета. В условиях лаборатории про­водятся сравнительные органолептические, бактериологические и био­химические исследования навоза на всех стадиях его обработки.

Выводы

1. В технологии ведения животноводства используются несколько способов обезвреживания. Все они имеют определенные недостатки: в одних случаях экономически затратны, в других трудоемки, долговре-менны по технологии переработки или экологически не безопасны.
2. Наиболее дешевым и эффективным остается биотермический метод с применением специальных микробных культур.
3. Проведенные нами исследования по обезвреживанию навоза на 3-х свиноводческих и 3-х животноводческих фермах с помощью двух препаратов N°1 и ЭМ-1 показали, что применение данных препаратов в летнее время ускоряет биологическое обезвреживание навоза в 2-3 раза, и время сокращается до 4-6 недель. Лучшие результаты получены в опытах, где испытуемые пробы навоза содержались под пленкой.

Литература

1. Достижения ЭМ-технологии в Россию Сборник трудов, М.2004.
2. Микробиологические препараты "Байкал ЭМ-1", "Тамир", "ЭМ-Курунга". Сборник трудов, М.2006.
3. Отчеты Краснодарского НИВИ, г. Краснодар, 2007 г.