Крупные животноводческие предприятия постоянно являются источником загрязнений окружающей среды. По загрязнению атмосферы они отнесены к санитарно опасным объектам. Количество навоза, сточных вод и других отходов сельского хозяйства значительно превышают объемы бытовых отходов. Зловоние от них распространяется в радиусе до 6 км, вызывая у человека нарушения физиологических реакций (тошноту, головную боль, учащение пульса, повышение артериального давления, нарушение органов пищеварения, дыхания, зрения, ЦНС).
Свиноводческий комплекс на 100 тыс. голов выбрасывает в атмосферу за час: до 1,5 млрд микроорганизмов, 159 кг аммиака, 14,5 кг сероводорода, 29,9 кг пыли от кормов. Он является источником 3000 т навоза в сутки (более 1 млн т в год). В радиусе порядка 500 м от комплекса на 4500 голов крупного рогатого скота наблюдается загрязнение атмосферы аммиаком до 0,5 мг/м3, а микроорганизмами свыше 5700 шт./м3. Стадо в 100 тыс. голов крупного рогатого скота по загрязнению ОС не уступает городу с населением 1 млн человек. Опасность усугубляет наличие и долгое сохранение в активном состоянии в продуктах ферм возбудителей инфекционных болезней (палочки сибирской язвы в спорах сохраняются десятки лет, туберкулеза — до полутора лет; возбудители бруцеллеза, рожи свиней и ящура — до полугода), распространяясь по воздуху или воде на сотни километров.
Возбудитель сальмонеллеза выживает в фекалиях на пастбищах до трех месяцев зимой и до четырех месяцев летом, в жидком навозе до 10 месяцев, в моче коров почти полгода, а в почвенном иле — до года. Навоз, полученный от больных и переболевших животных, является источником огромной инфекционной опасности, так как сам навоз служит защитной средой для микроорганизмов от воздействия на них неблагоприятных факторов (инсоляция, действие низких или высоких температур, дезинфицирующих средств).
Для обеззараживания навозосодержащих стоков животноводческих комплексов и ферм используется множество различных технологий, основанных на таких основных группах, как прямое использование в качестве органического удобрения; переработка в торфокомпосты; биологические, химические, механические, электрохимические, термические и физические.
Биологические методы очистки и обеззараживания навоза (главным образом бактериями — аэробные или анаэробные, а в зависимости от температуры процесса — мезофильными или термофильными) обеспечивают перевод вредных веществ в нерастворимую или газообразную форму. Условия эффективного применения биологических способов основаны на биохимической деструкции и минерализации органических веществ микроорганизмами. Велика роль кислотности среды в протекании биохимического процесса, которая должна быть в пределах рН 6,5—8,5.
Аэробные процессы протекают при подаче в обрабатываемый сток достаточного количества кислорода, необходимого для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов. В целом в состав биоценоза активного ила входят разнообразные группы микроорганизмов (мезофильных, термофильных, аэробных и анаэробных). При достаточности кислорода и температуре ОС (20-30)°С в биоценозе преобладают мезофильные аэробы (мезофильное окисление), а при (30—40)°С — термофильные (термофильное окисление).
В зависимости от условий процесса одна из групп микроорганизмов может преобладать, осуществляя основную обработку. Остальные группы микроорганизмов в этом случае являются сопутствующими, они снабжают основную группу микроорганизмов питательными веществами. При аэробном процессе почти не выделяется неприятного запаха, способ микробиального размножения более прост и приспособлен к изменяющемуся составу навозных поступлений. При этом процессе происходит саморазогревание массы (до 70°С), т.е. ее дезинфекция.
Если в обрабатываемой массе растворенного кислорода недостаточно, то происходит анаэробное брожение, которое может быть метановым или водородным. При температуре массы (30—35)°С в биоценозе преобладают мезофильные анаэробы, а при (50—55)°С — термофильные. Процесс сопровождается выделением биогаза, состоящего в основном из метана, водорода и двуокиси углерода.
Кроме органических веществ для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов в навозной жиже должны быть и биогенные элементы (азот, фосфор, калий), которых иногда в стоках бывает недостаточно. Например, недостаток азота тормозит процесс биохимического окисления органических веществ (причина появления трудно оседающего ила), фосфора — кроме указанного приводит к массовому развитию нитчатых бактерий («вспухание» и плохое оседание ила, вынос его из очистного сооружения вместе с осветленной водой).
Таблица 9.13. Нормы площади земли (га), необходимые для утилизации стоков с животноводческих комплексов
| Тип комплекса | Поголовье | На весь объем | Для жидкой |
|---|---|---|---|
|
|
| стоков | фракции |
| Крупный рогатый скот | 600 | 230 | 150 |
| (молочный) | 800 | 300 | 200 |
|
| 1200 | 460 | 300 |
| Крупный рогатый скот | 600 | 230 | 150 |
| (откорм): | 1200 | 460 | 300 |
| — комплекс | 2000 | 760 | 500 |
|
| 2400 | 920 | 600 |
| — откормочная площадка | 10 000 | 720 | 470 |
|
| 20 000 | 1440 | 940 |
|
| 30 000 | 2160 | 1410 |
| Свиноводческий (комплекс) | 12 000 | 500 | 350 |
|
| 24 000 | 1000 | 700 |
|
| 54 000 | 2200 | 1500 |
|
| 108 000 | 4780 | 3100 |
Необходимо знать, что одна биологическая очистка навозных стоков не даст достаточного эффекта. Так, после двух ступеней очистки содержание (мг/л) составляет: азота — 100, фосфора — 40, калия — 80, БПК5 — 185, а кислотность рН 8,5. Это можно объяснить тем, что на биологических очистных сооружениях биогенные элементы (азот, фосфор, калий) удаляются не более, чем на 20%. Целесообразно дополнительно использовать химические средства для обеззараживания — формалина, аммиака, ксилола; осаждения — феррохлорида, извести. Применение химических методов очистки и обеззараживания позволяет выделить из стоков до 90% биогенных элементов.
Система утилизации навоза должна соответствовать следующим условиям:
- строительство и ввод в строй сооружений по хранению и утилизации навоза должны предшествовать вводу в эксплуатацию комплексов (ферм);
- подготовленный навоз необходимо вносить в почву до наступления Морозов большими дозами с периодичностью в 2—3 года;
- заделывать навоз в почву на площадях, с которых возможен поверхностный сток в открытые водоемы;
- не допускать сброса сточных вод животноводческих комплексов в водоемы независимо от степени их очистки.
Почвенные методы биологической очистки и утилизации жидкого навоза основаны на обработке не полностью очищенного и обеззараженного навозного стока почвенными микроорганизмами с удалением жидкой фазы от биогенных и органических веществ (необходимы выдержка по времени, ограничение количества стоков или огромные занимаемые площади) за счет процессов самоочищения. Использование сточных вод от животноводческих комплексов для повышения урожайности и экономии минеральных удобрений не должен превышать 50 т/га.
Площадь прифермерских участков определяется поголовьем и видом скота, способом удаления и обработки навоза, режимами орошения и севооборотами (табл. 9.13). Но при этом происходит загрязнение почвы вредными веществами, яйцами гельминтов и патогенными микроорганизмами (бактерии, вирусы, простейшие). Степень загрязнения поверхностных или грунтовых вод определяется: способностью почвы адсорбировать; видом, интенсивностью и количеством осадков; сроками внесения; количествами и составом навоза; величиной поверхностного стока и эрозией, что зависит от наклона участка поля.
Таблица 9.14. Содержание микроорганизмов в почве, орошаемой сточными водами из расчета 300 м3/га
| Глубина почвы, см | Общее число | Коли-титр | Титр |
|---|---|---|---|
|
| бактерий на 1 г |
| энтерококков |
| Первый участок (внесено сточными водами 240 кг азота/га) | |||
| 0-30 | 18,3±3,4 млн | 10-4-10-2 | 10-3-10-1 |
| 31-60 | 269,4±37,8 тыс. | 10-3-10-2 | 10-1-1,0 |
| 61-90 | 181,1±59,1 тыс. | 10-3-10-1 | 10-1-1,0 |
| 91-120 | 86,7±19,7 тыс. | 10-2-10-1 | 10-1-1,0 |
| Второй участок (внесено сточными водами 360 кг азота/га) | |||
| 0-30 | 36,8±2,5 млн | 10-4-10-3 | 10-3-10-2 |
| 31-60 | 398,4±57,2 тыс. | 10-3-10-1 |
|
| 61-90 | 222,1±57,8 тыс. | 10-3-10-1 | 10-1-1,0 |
| 91-120 | 66,1±11,6 тыс. | 10-1-1,0 | 10-1-1,0 |
| Третий участок (внесено сточными водами 480 кг азота/га) | |||
| 0-30 | 45,5±6,7 млн | 10-4-10-3 | 10-3-10-2 |
| 31-60 | 443,2±71,8 тыс. | 10-3-10-2 | 10-2-10-1 |
| 61-90 | 132,6±31,6 тыс. | 10-2-10-1 | 10-1-1,0 |
| 91-120 | 79,9±18,0 тыс. | 10-2-10-1 | 10-1-1,0 |
| Четвертый участок (внесено сточными водами 600 кг азота/га) | |||
| 0-30 | 45,4±6,9 млн | 10-4-10-3 | 10-3-10-2 |
| 31-60 | 556,4±69,3 тыс. | 10-3-10-2 | 10-2-10-1 |
| 61-90 | 262,6±55,9 тыс. | 10-3-10-1 | 10-2-10-1 |
| 91-120 | 83,9±13,2 тыс. | 10-3-10-1 | 10-1-1,0 |
| Контрольный участок, орошаемый речной водой | |||
| 0-30 | 665,7±70,6 тыс. | 10-2-10-1 | 10-1-1,0 |
| 31-60 | 95,0±11,7 тыс. | 10-2-10-1 | 1,0 |
| 61-90 | 38,1±4,6 тыс. | 10-1-1,0 | 1,0 |
| 91-120 | 20,4±1,9 тыс. | 10-1-1,0 | 1,0 |