4Определение объёма стоков и их подготовка

ИПУ организуют на базе крупных животноводческих ферм или комплексов по производству молока , имеющих 400-2000 голов, по выращиванию и откорму молодняка КРС на 5000-18000 голов, по выращиванию ремонтного молодняка и нетелей на 3000-6000 голов, комплексов по выращиванию и откорму свиней на 12000-100000 голов. На таких крупных фермах применяют бесподстилочное содержание скота с удалением навоза механическим способом при привязном стойловом содержании коров , или гидравлическим- при беспривязном боксовом содержании молодняка КРС и свиней.

В зависимости от способа удаления навоза, он подразделяется на:

- полужидкий навоз (экскременты) с содержанием твёрдой фракции 12-15% и жидкой –85-88% при механическом удалении;

- жидкий навоз с содержанием твёрдой фракции 7-9% при удалении самотёком и 2-5% при гидросмыве.

Из этих видов навоза в результате соответствующей подготовки получают осветлённые животноводческие стоки, т.е. жидкую фракцию после отделения твёрдой фракции и различных посторонних включений, дезинфекции, карантинирования, дегельминтации и, если необходимо, после обеззараживания. Именно эти стоки можно, разбавляя водой, подавать на поля.

Суточная масса экскрементов от одного животного составляет:

• у молочных коров 55 кг при 12% твёрдой фракции;

• у молодняка на откорме 14-35 кг при 14% твёрдой фракции;

• у ремонтного молодняка и нетелей 14-27 кг при 14% твёрдой фракции;

• у свиней на откорме 3,5-6,5 кг при 13% твёрдой фракции.

Годовое количество навоза, из которого образуются стоки, зависит от способа содержания животных. Так, свиньи и молодняк КРС содержатся беспривязно и безвыгульно в помещении ферм. Поголовье их практически постоянно и годовое количество навоза равно произведению суточной массы экскрементов на число дней в году. Молочные коровы могут содержаться в стойлах на привязи и некоторое время- на выгульно-кормовых площадках. Годовой объём навоза, образующий стоки, в этом случае на 10-15% меньше. На фермах со стойлово-пастбищным содержанием коров годовой объём навоза

W_{н год} на 30% меньше.

Удобрительная ценность животноводческих стоков зависит от содержания питательных веществ в жидкой фазе, степени разбавления при удалении навоза из помещения ферм и потерь при хранении. В экскрементах коров содержится: азота-0,43%, фосфора-0,28%, калия-0,5%.У молодняка КРС:0,77%; 0,44%;0,76%; у свиней: 0,72%;0,47%; 0,21% cответственно.

В стоках свыше 70% азота находится в аммонийной форме, поэтому значительное количество азота теряется при хранении и во время полива, а оставшаяся часрь впитывается в почву и хорошо усваивается растениями. Фосфор поступает в почву в виде органических соединений, поэтому он не теряется и в почве высвобождается по мере минерализации. Калий в почве находится в растворённом виде и также доступен для растений. В почве он закрепляется благодаря адсорбции и хорошо сохраняется при высокой поглотительной способности. Трансформация соединений азота в почве учтена в математической модели, расчёты по которой будут сделаны в данном курсовом проекте.

В навозе содержится значительное количество микроэлементов, необходимых для растений. При использовании животноводческих стоков необходимо иметь ввиду, что в них содержится значительное количество возбудителей инвазионных и инфекционных заболеваний, поэтому стоки обеззараживают. Способы подготовки и обеззараживания животноводческих стоков зависят от вида животных и способа удаления навоза.

На рис.2. показана технология подготовки стока из полужидкого навоза молочных коров, где:

1. навоз из помещений транспортируют в навозоприёмник;

2. отделяют крупные включения;

3. помещают в резервуар-осреднитель;

4. насос;

5. разделитель твёрдой и жидкой фракции;

6. отжим твёрдой фракции;

7. транспортировка в бурты;

8. Прифермский многосекционный бассейн накопитель;

9. Насосная станция;

10. Узел смешивания;

11. Насосная станция.

Жидкая фракция поступает в прифермский многосекционный бассейн-накопитель 8, откуда во время полива насосом 9 жидкая фракция подаётся в камеру смешения с чистой водой 10, и затем, уже другим насосом 11, поливная вода, обогащённая стоками, закачивается в магистральный трубопровод и поступает к дождевальным машинам.

В данной схеме обеззараживание стоков достигается при длительном, около 6 месяцев, хранении их в бассейне-накопителе. При поливе дождеванием технология подготовки стоков должна обеспечивать содержание включений размером не более 2-10 мм и содержание сухого вещества не более 2% во избежание засорения дождевальных устройств.

Исходя из санитарно-гигиенических требований, транспортировка стоков при их подготовке и подача на поле должны осуществляться по трубопроводам. При длительном хранении в бассейне-накопителе образуется осадок твёрдых фракций, поэтому бассейн устраивают многосекционный. Во избежание повреждения стенок и дна при удалении осадка и для устранения просачивания стоков бассейн делают из бетона. Необходимо предусмотреть также возможность очистки от осадка камеры смешения.

Технология подготовки и обеззараживания стоков свиноводческих ферм более сложная. Они приводятся в специальной литературе.

Определим объём стоков и их удобрительную ценность для конкретной фермы с выгульно-кормовыми площадками, на которой находятся 1800 молочных коров. В этом случае годовое количество навоза с учётом 10% потерь на выгульных площадках составит:

365*55*1800*0.9/1000= А, т,

При содержании в навозе твёрдой фракции в количестве 13% объём жидкой фазы, т.е. годовой объём животноводческих стоков при механическом удалении навоза (без разбавления при удалении) равен:

А*0.87= м³.

В этих стоках содержится:

Азота = 0.0043*А*0.87 т = ____________ т;

Фосфора = 0.0028*А*0.87 т ___________ т;

Калия = 0.0050*А*0.87 т _____________ т.

Определим площадь орошаемого участка, на который можно подать такое количество питательных веществ со стоками, чтобы их максимально утилизировать и не допустить загрязнения подземных и поверхностных вод. Обычно эти расчёты ведут по азоту, т.к. фосфор и калий хорошо закрепляются в почве и практически не поступают в глубокие горизонты. Азот же, особенно в форме нитратов, более подвижен и является в данном случае главным загрязнителем подземных и поверхностных вод. Для этого прежде всего необходимо знать, какое количество питательных элементов используется растениями и выносится из почвы с урожаем (таблица 2). Для условий Волгоградской области при оптимальной влажности и достаточном количестве удобрений потенциальная урожайность многолетних злаковых трав (Ur) может составить 13 т/га.

Таблица 2.

Культура	продукция	Вынос на 1т продукции, кг
		Азот	фосфор	калий
Многолетние Злаковые травы	сено	30-35	6-8	30-40
Естественный сенокос	сено	30	7	27
Клевер	сено	28	8	25
Свёкла кормовая	корнеплоды	2,9	0,9	2,2
Кукуруза	зелёная масса	3,2	1,1	3,6
Овёс	зерно	40	7	52

Следовательно, потенциальный вынос азота будет равен:

Ur*30 = __________ кг/га.

Предварительные расчёты будут учтены при моделировании. Отметим, что потенциальная урожайность не может быть достигнута из-за неизбежного отклонения влажности почвы от оптимальной. Следовательно, и баланс азота будет скорректирован.

При определении площади участка надо иметь ввиду, что часть азота в аммонийной форме будет потеряна при длительном хранении стоков в бассейне-накопителе. Эти потери составляют 25-30%, а также 5-10% в процессе дождевания. Поэтому фактически в почву со сточными водами ежегодно может поступить

f= 0.0043*А*0.87*1000*0.9*0.75 = __________ кг азота.

Следовательно, площадь орошаемого участка должна быть:

f / Ur*30 = _______ га .

Концентрация чистого азота в поливной воде не должна превышать:

1000*Ur*30 [кг/га] / Or [м³/га] = _____ мг/л.

С учётом потерь поливной воды при дождевании (5%), концентрация чистого азота в поливной воде составит:

1000*Ur*30 [кг/га] / Or [м³/га]/0.95 = __________ мг/л.

В бассейне-накопителе концентрация азота с учётом потерь при хранении равна:

0.0043*0.75*1000 = 3.225 г/л = 3225 мг/л.

Сточные воды должны быть разбавлены чистой водой для сохранения балланса воды и азота. Степень разбавления найдём из балланса азота, считая, что в речной воде его практически нет.

С_стW_ст = C_разб( W_ст+W_реч) (3.1)

W_ст, W_реч - соответственно, годовой объём неразбавленных стоков и речной воды;

С_ст, C_разб - соответственно, концентрация азота в стоках и в разбавленной воде.

Степень разбавления:

С_ст = 3.225 г/л ;

C_разб = Ur*30 [кг/га] / Or [м³/га]/0.95 г/л.

W_реч/W_ст =С_ст /C_разб-1= 3225/1000*Ur*30 [кг/га] / Or [м³/га]/0.95 -1 = __________;

В разбавленных стоках азот присутствует в аммиачной форме. Принимаем, что в поливной воде аммония содержится 90 мг/л, нитратов - 36 мг/л. С учётом атомных весов в таком растворе чистого азота будет:

90*14/18+36*14/62 = 78 мг/л.

Вынос фосфора с урожаем со всего орошаемого участка потенциально составит:

7*Ur*Площ. Ор. Уч./1000 = ___ т.

Вынос калия с урожаем со всего участка составит:

35*Ur*Площ. Ор. Уч./1000 = ___ т.

Сравнивая эти цифры с объёмом фосфора и калия, ежегодно подаваемым со сточными водами, видим, что потребность в этих элементах перекрывается подачей, т.е. будет иметь место накопление их в почве и ,следовательно, рост плодородия.