6. 7 Основные показатели качества птичьего помета

Показатель	Норма по видам помета
	ПП	ПМ	ПВ
Массовая доля влаги, % не более	45	65	75
Массовая доля общих форм, % на нормативную влажность, не менее:
азот	1,8	1,4	1,2
фосфор	0,7	0,4	0,3
калий	0,6	0,5	0,3
Содержание посторонних включений на нормативную влажность (%, не более):
с высокой удельной массой (камни, щебень, металл и др.) размером более 50 мм	1,5	1,5	1,5
Содержание тяжелых металлов (мг/кг сухого вещества) не более:
свинец	30	30	30
марганец	1000	1000	1000
медь	40	40	40
кобальт	15	15	15
никель	50	50	50
цинк	80	80	80
Содержание пестицидов (остаточное количество), мг/кг*	Ниже или на уровне ПДК почвы
Титр кишечной палочки (г), не менее	0,1	0,1	0,1
Патогенные микроорганизмы	Отсутствуют
Яйца и личинки гельминтов	Отсутствуют
*Номенклатура контролируемых пестицидов определяется конкретными условиями их применения.

Способы производства органических удобрений на пометной основе

Многими нормативными документы запрещено применение на полях жидкого бесподстилочного навоза и птичьего помета, поступающих с ферм или птицефабрик, где используют традиционные способы содержания животных и птицы. Поступающие органические отходы должны использоваться только в виде компостов.

В связи с этим представляется весьма важным рассмотрение технологии компостирования как биологического процесса разложения органической массы помета.

Микробиологические и химические процессы

Более глубокое понимание факторов, воздействующих на процессы при промышленных способах биологической переработки помета, позволит уже при проектировании учитывать технологические особенности выбора и соблюдения оптимальных режимов и параметров работы оборудования, линий и цехов утилизации смесей, состоящих из различных органических отходов, поступающих как от птицефабрик, так и других соседних производств.

Базовые системы этих линий могут быть аэробными, анаэробными и факультативными. Причем, располагаться и перерабатывать поступающие отходы они могут в закрытых помещениях или непосредственно на открытых площадках.

Примерами систем биологической переработки органических отходов могут служить:

окислительные пруды;

аэрируемые или неаэрируемые отстойники, заполненные жидкой пометной массой;

анаэробные метантенки;

площадки компостирования.

Если учесть, что биологические процессы основаны на законах микробиологии, то их применение в технологии утилизации помета позволяет полнее и с большим эффектом использовать закономерности протекания биологических процессов биоферментации различных органических компонентов, в которых основным ингредиентом является птичий помет.

Без знания основ и особенностей технологии компостирования, так называемой биотермической переработки органических смесей, процесс ферментации может привести к неизвестным и даже отрицательным результатам. Вместо ценных органических удобрений можно получить в лучшем случае балластный материал, в худшем – большие объемы дополнительного экологически опасного отхода с большим количеством семян различной сорной растительности и рассадник патогенной микрофлоры.

В биологических системах микроорганизмы используют компоненты отдельных органических соединений для образования нового клеточного вещества и обеспечивают их энергией, поддерживающей процесс синтеза. Процесс синтеза состоит из нескольких, так называемых, подсистем микробиологических технологий создания промежуточных новых специфических клеток, на образование которых превалирующее действие оказывают присутствующие ингредиенты (компоненты) смеси: торф, помет, солома, опилки, лигнин, грунт и др. Вне зависимости от типа биологической системы, принципы использования энергии синтеза и эндогенного (происходящего внутри) клеточного дыхания остаются постоянными. Скорость, с которой протекают эти реакции, зависит от условий окружающей среды, которые в основном и предопределяют процесс биологической переработки.

Ход биологических процессов определяется наличием или отсутствием растворенного кислорода, по фотосинтетической способности или подвижности микроорганизмов, их росту и размножению [14].

Аэробные процессы протекают только в присутствии растворенного кислорода. Окисление органических веществ с использованием атмосферного кислорода, как конечного акцептора электронов – это первичная реакция, обеспечивающая образование полезной химической энергии для большинства микроорганизмов в этих процессах. Микроорганизмы, использующие кислород в качестве конечного акцептора электронов, – это аэробные микроорганизмы.

Анаэробные процессы – это процессы, при которых микроорганизмы могут развиваться без наличия растворенного кислорода. Такие микроорганизмы называют анаэробами, это метановые бактерии. Анаэробы получают энергию от окисления сложного органического вещества, но в качестве окислителей используют вещества иные, чем растворенный кислород. Процесс разложения органического вещества приотсутствии кислорода часто называют брожением.

Цель биологической переработки заключается в стабилизации или окислении органических соединений, находящихся в отходах. Окисление – это процесс, в котором молекула или соединение теряют электроны. Восстановление – процесс, в котором молекула или соединение получают электроны.

Микроорганизмы. В процессе биологической переработки органических компонентов участвует целый комплекс микроорганизмов, способных усваивать органические вещества. Они могут приспосабливаться к различным количественным величинам нагрузок органических веществ, параметрам внешней среды (температура, влажность, рН). Экстремальные температуры, влажность, кислотность могут снизить или прекратить деятельность микроорганизмов.

В органических компонентах присутствуют бактерии, грибы, бактериофаги, черви, личинки насекомых. Их развитие, количественный рост также зависят от внешних условий, где происходит их накапливание и смешивание.

Бактерии составляют важнейшую группу микроорганизмов в системах биохимической переработки органических отходов. Разнообразная биохимическая деятельность бактерий как группы помогает им усваивать большинство органических веществ. Бактерии – это одноклеточные организмы, усваивающие растворимую пищу. Нерастворимая пища переводится в растворимую микробными ферментами. Большое межвидовое разнообразие имеющихся в органической массе бактерий или введение специальных штаммов позволяет технологам организовать переработку разнообразных отходов с получением удобрения требуемого физико-механического состава и заданными химико-биологическими характеристиками, которые могут быть предназначены для использования определенного состава почв и растений.

Микроорганизмы, содержащиеся в перерабатываемой органической смеси, – представляют сложную организованную систему. Состав бактерий не постоянен и может изменяться в зависимости от условий их роста и развития, экспозиции процесса, соотношения компонентов в общей массе конкретного используемого наполнителя. В фазе роста возможно депонирование питательных веществ, в результате чего химический состав бактериальной протоплазмы изменяется.

Бактерии можно разделить на группы в зависимости от источника поступления углерода, используемого ими для синтеза протоплазмы. Гетеротрофные организмы используют для этого органический углерод, автотрофные – двуокись углерода. Гетеротрофные – наиболее многочисленная и важная группа организмов в обычных процессах биологической переработки сырья органического происхождения.

Биохимические преобразования. В биологическом процессе компостирования происходит ряд изменений качественного состава органических элементов и соединений, входящих в перерабатываемые отходы.

Углерод. Окисление органических соединений, содержащих углерод, представляет собой механизм, с помощью которого гетеротрофные организмы получают энергию для синтеза. Это не что иное как процесс дыхания. В аэробных системах переработки органический углерод, пройдя многие этапы, преобразуется в синтезированную микробную протоплазму и двуокись углерода. Поглощение кислорода и образование двуокиси углерода – конечный результат дыхания.

В анаэробных системах молекулярный кислород не является конечным акцептором электронов, и не весь окисляемый углерод превращается в двуокись углерода. В анаэробных условиях органический углерод переходит в микробные вещества, двуокись углерода, метан и другие восстановленные соединения. Анаэробный обмен, ведущий к образованию метана, происходит в несколько этапов.

Органический углерод – это микробные клетки плюс органические кислоты, альдегиды, спирты и т.д., которые превращаются в простые газообразные конечные продукты. Причем, некоторые соединения имеют резкий неприятный запах, который особенно ощущается в производственных зонах содержания птицы (птичники, убойные цеха, ветсанпункты) и многократно усиливается в теплые периоды года, когда влажные отходы продолжительное время накапливаются в анаэробных условиях. [15].

Азот – важнейший элемент, содержание которого с учетом влажности пометной массы колеблется от 0,1–5 %. Азот входит в бактериальную протоплазму (12 %) и составляет 5–6 % протоплазмы грибов. В птичьем помете азот присутствует в форме органического и аммиачного азота, причем доля каждого зависит от степени разложения органического вещества. При определенных условиях биологические системы соединения органического азота могут быть преобразованы в аммонийный азот и окислы (до нитритного и нитратного азота).

Органический азот  аммонийный азот  нитритный  нитратный азот.

Окисление аммиака до нитрита и нитрата называется нитрификацией и происходит в аэробных условиях.

Аммиачный азот – основной растворимый азотистый конечный продукт, образующийся в анаэробных процессах. Окисление 1 кг аммиачного азота до нитратного азота требует 4,57 кг кислорода. Потребность аммиака в кислороде значительна, поэтому оценивая влияние слива жидкого помета на почвенный рельеф, ее учитывают при изучении экологического состояния как производственных зон птицефабрик, так и прилегающих к ним соседних территорий.

Денитрификация – это процесс, в результате которого азот нитратов и нитритов восстанавливается до газообразного азота и его оксидов в бескислородных условиях. Этот процесс требует наличия доноров (восстановителей). Необходимыми донорами для птичьего помета могут быть органические вещества (солома, торф, опилки, помет с подстилкой, лигнин, костра и другие органические отходы)

Процесс денитрификации снижает в помете содержание азота путем его синтезирования с минеральными и органическими соединениями компонентов, которые добавляют при производстве удобрений.

В связи с учетом эффективного действия азота помета в эвтрофировании (снижение разнообразия показателей) и потребности добавленных компонентов в кислороде важное значение имеет контролирование содержания азота в общей компостной смеси при прохождении технологического процесса биологической переработки.

Фосфор также относится к одному из ценных питательных элементов в биологическом процессе компостирования органической массы. Содержание фосфора в бактериальных клетках составляет примерно 2 %.

Микробный синтез не может быть основным механизмом удаления фосфора из ферментируемой смеси. Источники фосфора включают органические вещества и фосфаты жидкой части в общей органической массе, поступающей на биологическую переработку. Органический фосфор в процессе ферментации преобразуется в минеральный. В компостах фосфор присутствует в виде ортофосфата.

Температурный режим. В процессе аэробной твердофазной ферментации органических смесей происходит интенсивный количественный рост мезо- и термофильных микроорганизмов. Они потребляют 25–30 % сухих веществ питательной среды перерабатываемой массы. В результате диссимиляции выделяется теплота, которая и влияет на процесс испарения из смеси механически связанной влаги. Следовательно, избыточное тепло и влагу в процессе биологической переработки помета необходимо постоянно удалять. Максимальное тепловыделение может длиться 1–2 часа, а количественное поступление тепла – 335–377 кДж/кг сухой массы. Учитывая, что от птичника с поголовьем 52,0 тыс. кур-несушек в сутки поступает 7800 кг помета, в котором содержится не менее 1500 кг сухого вещества, при биоферментации поступление тепла от этого количества за 2 часа составит 502,5 кДж, что эквивалентно 68 кВтч энергии [16].

С целью сокращения расхода воздуха на отвод тепла возможно использование периодического чередования состояния покоя органической массы как питательной среды с ее рыхлением и аэрированием. При этом расход воздуха на аэрирование 1 тонны смеси может составить до 3000 м³/ч, в отличие от принятого в цехах сушки помета на птицефабриках – свыше 22,0 тыс. м³/ч. Влажность готовой продукции ( компоста ) от термического воздействия биологического тепла может быть уменьшена на 20–25 % по сравнению c начальной (50–75 %). Температурный режим оказывает большое влияние на биологический процесс развития и количественный рост в компостной смеси мезо- и термофильных микроорганизмов.

Процесс аэробной твердофазной ферментации состоит из трех периодов.

Первый – климация микрофлоры. Этот период при соответствующих условиях может быть сокращен с 32 до 12 часов за счет принудительного подогрева органической массы от искусственных источников тепла (горячее водоснабжение, продувка горячим воздухом через слой этой массы, использование электротенов перед вентиляторами).

Второй – интенсивное развитие и количественный рост мезофильных, а затем и термофильных бактерий – 22–54 часа, сопровождающиеся выделением биологического тепла и повышением температуры компостируемой массы до 30–80°С.

Третий – снижение температуры до уровня ниже 30°С. Длительность этого периода может составлять 36 часов, и его можно осуществлять уже за пределами технологической линии биологической переработки, так как в компостной массе уже закончен рост термофилов. После завершения третьего периода массу необходимо охладить до температуры окружающей среды.

Аэробная твердофазная ферментация – это биотермический процесс минерализации и гумификации веществ, происходящий в аэробных условиях под воздействием, в основном, термофильных (теплолюбивых) микроорганизмов.

Микробиологический процесс разложения органического вещества проходит в две стадии. Сначала, с ростом численности микроорганизмов, температура компостируемой массы повышается с 10 до 47°С. В этой стадии усиленно размножаются мезофильные микроорганизмы (оптимальная температура их развития 30–45°С). Затем температура поднимается до 55–80°С, что и приводит к гибели мезофилов и размножению термофилов. Это самая важная стадия компостирования, во время которой окислительные процессы достигают наибольшей интенсивности [16].

По данным Всероссийского научно-исследовательского конструкторского и проектно-технологического института органических удобрений и торфа (ВНИПТИОУ), при достижении температуры 55°С, равномерной по всему объему смеси – полная дегельминтизация наступает через 4 суток. Потеря всхожести семян сорняков наступает при температуре 40°С за 3–4 недели, при 50°С – за одну неделю, при 55°С – 1–2 суток.

Из-за неодинаковых температур по сечению компостного бурта время дегельминтизации увеличивается до 1 месяца летом и 2 месяцев зимой, при условии его периодического перемешивания. За это время, в основном, заканчивается мобилизация доступных питательных веществ получаемого органического удобрения. При протекании биотермического процесса только в мезофильном режиме, смесь дегельминтизируется через 4–6 месяцев хранения, причем семена сорных растений не теряют всхожесть [4].

Важным показателем, влияющим на интенсивность прохождения процесса компостирования, считается отношение С:N (углерода к азоту). Углерод является источником энергии, а азот – материалом для построения клеток микроорганизмов. Излишнее содержание в органической смеси безазотистых органических веществ замедляет ее разложение, а избыток азота приводит к большим потерям аммиачного азота. Наиболее благоприятным для интенсивного протекания микробиологического процесса является соотношение 20 : 30.

Микробиологические процессы компостирования могут проходить в широком диапазоне реакции среды (рН 5,5–7,6). Наиболее активны они при плюсовых температурах окружающей среды и хорошей аэрации массы, особенно в первоначальной стадии. В зимнее холодное время микробиологические процессы практически останавливаются.

На активность развития микробиологического синтеза в компосте большое влияние оказывает влажность смешанной массы, которая зависит от степени однородности перемешивания и размеров частиц компонентов. При наличии в торфо-пометной смеси, например, большого количества частиц торфа (свыше 60 мм), – создаются очаги, обильно насыщенные водой, которые препятствуют нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Наибольшее разогревание торфо-пометной массы происходит при 45–55 % влажности. В случаях более высокой влажности требуется дополнительная аэрация смеси путем перемешивания.

Для получения удобрения качественного по физическим свойствам и сбалансированного по питательным элементам, ускорения экспозиции микробиологических процессов и уменьшения потерь азота в компостные смеси включают добавки: фосфоритную муку, порошковый суперфосфат, фосфогипс. Они заметно активизируют процессы биотермии и гумификации смеси и не только связывают аммиачный азот, но и создают условия для усиления поглощения его микрофлорой. Кроме того, повышается доступность в этих удобрениях фосфора, необходимого для растений. Действие фосфогипса на помет обусловлено тем, что сернокислый кальций связывает выделяющийся аммиак в сульфат аммония: СаSO₄ + 2H₂O + 2NH₃ = Ca(OH)₂ + (NH₄)₂SO₄. На связывание 1 кг аммиачного азота требуется 6,14 кг CaSO·2H₂O. В фосфогипсе содержится около 80 % CaSO·2H₂O, следовательно на связывание 1 кг аммиачного азота необходимо 8 кг фосфогипса. Если вместо фосфогипса применить фосфоритную муку, то на 1 кг аммиачного азота, содержащегося в помете, расход ее составит 5 кг.

Компостировать лучше свежие органические компоненты, так как они богаты микрофлорой и элементами питания. Готовые компосты должны отвечать следующим требованиям: иметь мелкодисперсную структуру влажностью 55–65 %; слабощелочную или нейтральную реакцию среды; содержание органических веществ не менее 75 % и питательных веществ в легкодоступных формах – не менее 50 % от общего содержания.

Органические удобрения на основе помета можно готовить на территориях полей и у птицеводческих комплексов. Однако для приготовления пометных компостов в настоящее время нет машин и оборудования, выпускаемых промышленностью. Поэтому пометные компосты могут быть получены по технологии, включающей использование обычных сельскохозяйственных машин (бульдозеры, погрузчики, тракторные прицепы и разбрасыватели, автосамосвалы).

На специально отведенные площадки с помощью тракторных тележек или на самосвалах доставляют торфокрошку (при отсутствии торфа – помет с подстилкой, навоз, опилки, солому), которую разравнивают слоем толщиной 30–40 см. На этот слой настилают необходимое количество помета (при влажности помета 75 % и торфа 65 % соотношение должно составлять 1:1).

После выгрузки помет разравнивают и одновременно перемешивают, затем перемещают бульдозером и формируют штабель. Затем укладывают новый слой торфокрошки и помета. Общий объем полученного компоста доводят до необходимой величины и из штабеля формируют бурт. Верхний слой бурта покрывают торфом. Ширина компостного бурта составляет 3–4 м, высота не менее – 2 м, длина может быть различной, но не менее 6–8 м. Для повышения эффективности действия торфо-пометный компост обогащают фосфорными и калийными добавками. При зимнем хранении и компостировании штабель закладывают сразу по всей его высоте так, чтобы подвозимый в течение дня помет не промерзал. Для обеспечения термобиологического процесса выдерживают следующие сроки хранения компоста в штабелях: для холодного периода времени (–20°С) – не менее 2 месяцев, для теплого (5°С) – не менее 1 месяца.

Комплексная технология транспортирования и утилизации помета, тесно связанная с производственным процессом птицеводческого предприятия и с агротехникой выращивания сельскохозяйственных культур растеневодческих подразделений, позволяет в настоящее время имеющимися средствами механизации успешно решать вопрос эффективного использования помета с минимальными затратами, надежно защищать окружающую среду от загрязнения.