Вопросы утилизации бесподстилочного навоза крупного рогатого скота в современной экологической ситуации приобретают особую актуальность.
Использование биоэнергетических установок позволяет получить минерализованное органическое удобрение и биогаз.
Цель работы – создание энергосберегающих технологии переработки бесподстилочного навоза крупного рогатого скота.
Материалы и методы исследования
В статье использована методика переработки отходов животноводства анаэробным способом психрофильном режиме с биогазовых установках с получением удобрений и биогаза.
Результаты исследования и их обсуждение
Нами разработана энергосберегающая технология переработки органических отходов анаэробным способом, протекающем в психрофильных периодических биоэнергетических установках (БЭУ). Основной продукт технологии – производство органического удобрения [5]. В процессе утилизации органического сырья в БЭУ, образуется сопутствующий продукт в виде биогаза. Биогаз можно использовать в системе отопления, также в приготовлении пищи в газовых конфорках и в качестве моторного топлива в двигателях внутреннего сгорания [3, 4].
Средний расход природного газа для обогрева частного дома в условиях Якутии составляет 1250 куб. м в месяц [1]. Как показали экспериментальные и производственные исследования, по разработанной энергосберегающей технологии с 1-го м3 метантенков получается весьма малый объем биогаза – 5,4 м3 в месяц. Поэтому производимый биогаз рекомендуется сжигать в конфорках для приготовления пищи.
В условиях Якутии, естественное разложение навоза длится два-три года, а в метантенках протекает за месяц. Таким образом, основным предназначением БЭУ в Якутии является, на наш взгляд, производство качественных органических удобрений.
Органическое удобрение из БЭУ содержит азот, фосфор и калий в связанной форме. Химические компоненты находятся в следующем соотношении[2]: азот общий – 4,07,0, в т.ч. аммонийный азот – 2.54.0; фосфор (Р205) – 7,012,0; калий (К20) – 1,03,0; микроэлементы, массовая концентрация мг/л – медь – 3,0 (микроэлементы, массовая концентрация мг/л); кобальт – 5,0; цинк – 23,0; вода – 8595.
В животноводческом секторе Якутии в настоящее время преобладают предприятия частной формы собственности. Процентное соотношение хозяйств в зависимости от содержащегося количества поголовья КРС следующее (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма соотношения животноводческих хозяйств по количеству поголовья КРС: 1– от 5 до 10 гол; 2 – от 20 до 30 гол; 3 – от 40–50 гол.
Метантенк рекомендуется изготавливать из стального листа или из бывших в употреблении металлических цистерн. Размеры метантенка зависят от имеющегося поголовья животных (рис. 2).
Рис. 2. График зависимости объема метантенка от поголовья КРС
Необходимый объем метантенков рекомендуем подбирать в зависимости от поголовья животных по таблице.
Объем метантенка в зависимости от поголовья КРС
|
КРС, гол. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Объем метантенка, м3 |
0,15 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,7 |
0,85 |
1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
|
КРС, гол. |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
Объем метантенка, м3 |
1,6 |
1,7 |
1,85 |
2 |
2,15 |
2,3 |
2,45 |
2,6 |
2,7 |
2,85 |
|
КРС, гол. |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
Объем метантенка, м3 |
3 |
3,15 |
3,3 |
3,4 |
3,6 |
3,7 |
3,85 |
4 |
4,15 |
4,3 |
|
КРС, гол. |
31 |
32 |
33 |
34 |
35 |
36 |
37 |
38 |
39 |
40 |
|
Объем метантенка, м3 |
4,4 |
4,55 |
4,7 |
4,85 |
5 |
5,15 |
5,3 |
5,45 |
5,6 |
5,7 |
|
КРС, гол. |
41 |
42 |
43 |
44 |
45 |
46 |
47 |
48 |
49 |
50 |
|
Объем метантенка, м3 |
5,85 |
6 |
6,15 |
6,3 |
6,45 |
6,6 |
6,7 |
6,85 |
7 |
7,15 |
Метантенки объемами от 0,2 до 1,4 м3 подойдут для применения в хозяйствах с поголовьем КРС от 5 до 10 гол. Таких хозяйств, как видно из диаграммы на рис. 1, преобладающее количество. Метантенки следует располагать непосредственно в животноводческом помещении. Таким образом, создаются максимальные условия для сохранения теплоты навозной массы, загружаемой в метантенк.
Основное условие для оптимальной и надежной работы БЭУ – обеспечение герметичности метантенка.
Заключение
Эффективность разработанной энергосберегающей технологии состоит в следующем:
1. На утилизацию одной тонны навоза по новой технологии расходуется 1065 руб. В то же время биоэнергетическая установка в мезофильном режиме (36 0С), устанавливаемая в скотопомещение с температурой воздуха 10…12 0С, является энергозатратной и финансово неэффективной. На переработку одной тонны навоза в мезофильном режиме расходуется 26854 руб. Таким образом, эксплуатационные затраты на новую энергосберегающую технологию в 25,2 раза дешевле распространенной мезофильной переработки.
2. БЭУ с одним метантенком в сутки вырабатывает 0,18 м3 эквивалентного газа, которого достаточно для приготовления пищи одному человеку. За 240 дней стойлового периода замещается 43,2 м3 эквивалентного природного газа на сумму 135,42 руб.
3. Внедрение биоэнергетических установок во все фермерские (крестьянские) хозяйства Якутии дает возможность ежесуточно получать в среднем 4 651, 8 т качественного органического удобрения и 16,9 тыс. м3 биогаза. При стоимости 5 руб./кг, объем средств получаемых от реализации органических удобрений составит 1118,16 млн. руб. Но это идеальный случай.
4. Переработка в БЭУ хотя бы 10 % от годового производимого навоза крупного рогатого скота позволяет производить ежегодно 112 млн.т удобрения. При норме внесения 3 т/га можно было бы удобрить 37 млн.га земли, т.е. 2,2 % от всей площади сельскохозяйственных угодий.
5. Стоимость метантенка, изготовленного в г. Якутске, составляет 83 000 руб., что в 3,4 раза дешевле российского и зарубежного аналога без учета транспортно-экспедиционных расходов.