Содержание к диссертации
Введение
II. Основная часть 11
2.1 Обзор литературы 11
2.1.1. Анализ состояния современного развития отечественного животноводства и перспектива его развития 11
2.1.2. Органические отходы животноводства - неотъемлемая часть производства продукции и их роль в агроценозе 19
2.1.3. Анализ современных технологических способов переработки и утилизации навоза и их ветеринарно-санитарная оценка 32
2.2. Собственные исследования 39
2.2.1. Материалы, место проведения, методы исследования 39
2.2.2. Изучение санитарно-бактериологического состояния органоминеральных удобрений на основе навоза крупного рогатого скота 48
2.2.3. Определение химического состава свежего навоза крупного рогатого скота и гранулированных органоминеральных удобрений пролонгированного действия 50
2.2.4. Определение санитарно-гигиенического состояния гранулированного органоминерального удобрения пролонгированного действия по технологическим этапам его получения в производственных условиях 55
2.2.5. Изучение влияния органоминеральных удобрений на рост и развитие овощной культуры (на примере огурца) 66
2.3. Обсуждение результатов исследований 71
III. Заключение 77
IV. Предложения для практики 79
V. Список литературы 80
- Анализ состояния современного развития отечественного животноводства и перспектива его развития
- Анализ современных технологических способов переработки и утилизации навоза и их ветеринарно-санитарная оценка
- Определение санитарно-гигиенического состояния гранулированного органоминерального удобрения пролонгированного действия по технологическим этапам его получения в производственных условиях
- Обсуждение результатов исследований
Введение к работе
Актуальность темы. В числе факторов, оказывающих отрицательное
влияние на окружающую среду в зоне расположения животноводческих ферм и
птицеводческих предприятий, является образование на них отходов
производства. Поэтому очень важным элементом в системе природоохранных
мероприятий является организация рациональных и эффективных
технологических решений по переработке органических отходов.
В Конституции Российской Федерации, Федеральных законах Российской Федерации «Об охране окружающей среды» №7-ФЗ от 10 января 2002 г. и «Об отходах производства и потребления» №89-ФЗ от 24 июня 1998 г. заложены широкие возможности для управления отходами производства и потребления.
При этом необходимо учитывать, что органические отходы (навоз и помет) являются неотъемлемой частью технологического процесса получения продукции на животноводческих фермах. Традиционно в мировой и отечественной практике сельскохозяйственного производства все виды навоза и помета используются для органического удобрения земельных угодий, повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур (Г.А. Мысова, 2004; М.Я. Тремасов с соавт., 2010; Л.Е. Матросова с соавт., 2012; В.Г. Тюрин, И.И. Кочиш, 2016; Г.К. Волков, И.Р. Смирнова, 2017).
Безопасное и эффективное применение навоза и помета в качестве органического удобрения в практике сельского хозяйства возможно при отсутствии в нем патогенных микроорганизмов, возбудителей инфекционных заболеваний (ГОСТ 20432-82 «Удобрения. Термины и определения»; «Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета» - РД-АПК 1.10.15.02-17).
Требованиями действующих нормативных документов запрещено
применение в земледелии бесподстилочного навоза, поступающего с животноводческих ферм. Органические отходы (навоз и помет) должны использоваться только в виде компостов и после соответствующей переработки.
В последние годы при переработке органических отходов животноводства всё большее внимание уделяется получению полноценных органоминеральных удобрений.
Поэтому одной из важных задач научных исследований и практики на современном этапе развития отечественного агропромышленного комплекса является обоснование широкого использования органических отходов животноводства и различных минеральных компонентов для создания новых видов комплексных органоминеральных удобрений, характеризующихся безопасностью для окружающей среды, агроэкологической ценностью и эффективностью.
Вместе с тем, при создании новых органоминеральных удобрений необходимо учитывать, что органические отходы животноводства (навоз и
помет), которые служат основой таких удобрений, являются благоприятной средой для роста, развития и размножения патогенной микрофлоры, а также сохранения вирулентных свойств.
Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) навоз и помет являются факторами передачи более 100 возбудителей болезней животных, птиц и человека (G. Blanken, 1970).
Безопасное и эффективное применение отходов животноводства для
получения органических и органоминеральных удобрений и их использование
возможно только при полном обеззараживании от патогенных микроорганизмов
и возбудителей инфекционных заболеваний. Учитывая особую эпизоотическую,
санитарно- эпидемиологическую опасность, которую представляют
органоминеральные удобрения на основе отходов животноводства и, в частности, навоза крупного рогатого скота для окружающей среды, важным является поиск и научное обоснование использования компонентов, входящих в состав указанных удобрений, обеспечивающих не только их удобрительную ценность, но и санитарно-гигиеническую и экологическую безопасность.
В связи с вышеизложенным проведение санитарно-гигиенической и экологической оценки органоминеральных удобрений на основе использования отходов животноводства актуально.
Степень разработанности темы исследования. Научные исследования по разработке способов переработки и утилизации органических отходов животноводства (навоза и помета) и изучению их влияния на окружающую среду ведутся как отечественными, так и зарубежными учеными (D. Morse, 1994; Н.Г. Ковалев, 2006; М.Я. Тремасо, 2010; И.Р. Смирнова, 2011; И.И. Кочиш, В.Г. Тюрин, 2015; D. Ljubojevic et al, 2016). Ветеринарно-санитарной и экологической оценки технологических решений подготовки и переработки навоза и помета с целью получения органических удобрений и их использования для повышения плодородия почв посвящены работы многих ученых: И.А. Архипченко с соавт., 2001; Г.Е. Мерзлая, 2003; В.П. Лысенко, 2004; С.И. Тарасов, 2004; В.Г. Тюрин, Г.А. Мысова, К.Н. Бирюков 2016.
В настоящее время активно ведутся поиски рациональных методов
переработки органических отходов. Одним из современных технологических
решений переработки отходов является получение органоминеральных
удобрений пролонгированного действия. Применение органоминеральных
удобрений, содержащих в своем составе полный набор, как макро, так и
микроэлементов, позволяет значительно повысить продуктивность
сельскохозяйственного производства и качество продукции. Вместе с тем,
безопасное и эффективное применение отходов животноводства для получения
органоминеральных удобрений и их использование возможно при полном
обеззараживании органического субстрата от патогенных микроорганизмов и
возбудителей инфекционных заболеваний. Тем не менее определение санитарно-
бактериологических и экологических показателей органоминеральных
удобрений, полученных на основе отходов животноводства остается
недостаточно изученным и полным.
Поэтому проведение санитарно-гигиенической и экологической оценки
органоминеральных удобрений на основе использования отходов
животноводства актуально и является важным элементом в научной системе разработки эффективных и экологически безопасных удобрений для нужд агропромышленного комплекса.
Цели и задачи исследований.
Целью настоящей работы явилось проведение экологической и гигиенической оценки органоминеральных удобрений на основе отходов животноводства.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- изучить санитарно-бактериологическое состояние органоминерального
удобрения на основе отходов животноводства;
- определить химический состав органоминерального удобрения на основе
отходов животноводства;
- определить санитарно-гигиеническое состояние гранулированного
органоминерального удобрения пролонгированного действия по
технологическим этапам его получения в производственных условиях;
- изучить влияние органоминерального удобрения на рост и развитие
биомассы овощной культуры (на примере огурца).
Научная новизна.
Впервые в лабораторных условиях на основании комплексных
экспериментальных исследований с помощью современных гигиенических, физико-химических и микробиологических методов дана ветеринарно-санитарная и экологическая оценка современного биотехнологического способа переработки навоза в гранулированное органоминеральное удобрение пролонгированного влияния.
Определено санитарно-гигиеническое состояние гранулированного
органоминерального удобрения пролонгированного влияния по технологическим этапам его получения в производственных условиях.
Установлена продолжительность выживаемости возбудителей различных
инфекционных заболеваний животных (эшерихии, сальмонеллы, золотистый
стафилококк, микобактерии – на примере атипичного штамма В-5) в навозе при
контаминации органоминеральных удобрений на основе отходов
животноводства с использованием различных минеральных компонентов.
Научная новизна подтверждена 2 патентами РФ №2602626 и №2602627, зарегистрированных в Государственном реестре изобретений РФ 26 октября 2016 г.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Результаты научных исследований представляют интерес для решения практических задач, связанных с переработкой навоза его обеззараживанием от патогенной микрофлоры и последующим использованием в виде органического и органоминерального удобрения для повышения плодородия почвы, получения
продукции растениеводства высокого качества.
Данные, характеризующие санитарно-микробиологическое состояние
навоза, продолжительность выживания патогенных и условно патогенных
микроорганизмов в навозе и в процессе производства органоминеральных
удобрений могут быть использованы для оценки объектов окружающей
природной среды, как факторов передачи возбудителей инфекционных болезней
животных, человека и учитываться при организации проведения
противоэпизоотических и природоохранных мероприятий.
Методология и методы исследований.
Методология исследований настоящей работы основывается на научных положениях, сформулированных в научных работах отечественных и зарубежных авторов в области изучения санитарно-гигиенического и экологического состояния органических отходов животноводства и продуктов их переработки при получении органических и органоминеральных удобрений для нужд агропромышленного комплекса.
При выполнении настоящей работы был использован комплекс различных
специальных методов, включая: зоогигиенические, микробиологические,
ветеринарно-санитарные, токсикологические, химические, агрохимические,
физические и статистические методы. Это позволило обеспечить получение
объективных данных, необходимых для санитарно-гигиенической и
экологической оценки органоминеральных удобрений пролонгированного действия на основе навоза крупного рогатого скота.
Основные положения, выносимые на защиту.
- результаты санитарно-бактериологических исследований
гранулированного органоминерального удобрения пролонгированного действия
на основе навоза крупного рогатого скота;
- санитарно-гигиеническая оценка различных этапов производства
гранулированного органоминерального удобрения пролонгированного действия
на основе навоза крупного рогатого скота;
- результаты, характеризующие влияние гранулированного
органоминерального удобрения пролонгированного действия на основе навоза
крупного рогатого скота на рост и развитие овощных культур (огурца).
Степень достоверности и апробация результатов.
Представленные в работе результаты исследований выполнены в ФГБОУ
ВО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и
биотехнологии - МВА имени К.И. Скрябина» и в производственных условиях
ООО «Молоко Черноземья», Аннинского района Воронежской области
непосредственно на участках технологического процесса, где осуществляется
переработка навоза крупного рогатого скота в гранулированные
органоминеральные удобрения пролонгированного действия. Перед
проведением исследований был проанализирован большой объем отечественной и зарубежной литературы и отработаны методики, соответствующие теме и методам исследований.
Достоверность результатов исследований подтверждается большим объемом полученного фактического материала на сертифицированном оборудовании с использованием стандартизированных реактивов. Основные результаты исследований обработаны статистически с использованием компьютерной программы Microsoft Exel и сопоставлением с критерием Стюдента. В результате проведенных исследований соискатель сформулировал заключение (выводы) и ответил на поставленные задачи.
Основные положения диссертации были представлены на выставке
«Золотая осень» (октябрь 2016, 2017) доложены на 6-ой Международной научно-
практической конференции «Актуальные проблемы науки XXI века» (Москва,
2016), а также на ежегодных отчетах аспирантов и соискателей ФГБОУ ВО
«Московская государственная академия ветеринарной медицины и
биотехнологии — МВА им. К.И. Скрябина».
Анализ состояния современного развития отечественного животноводства и перспектива его развития
За период длительного кризиса в экономике нашей страны большой урон был нанесен сектору животноводства, что привело к снижению коэффициента продовольственной безопасности до 0.45 с 0.87. Правительством были приняты множество программ для развития данной отрасли, что привело к увеличению объема производства продукции животноводства (Т.А.Дуброва и др.2014).
На рис.1 приведена динамика производства убоя животных с 1990 по 2015 годы в РФ. Убой скота и птиц проводится как на сельскохозяйственных предприятиях, так и в хозяйствах населения. Наибольшим данный показатель был отмечен в начале 90-х годов и составил в общем 10111,6 тонн ; причем до 76% от этого показателя было получено от сельскохозяйственных организаций.
За учетный период можно выделить три этапа развития : первый – с 1990 по 1998 годы ; второй – с 1999-2005 годы, и третий – с 2006 по 2015 годы. Анализируя данные показатели можно сделать вывод, что увеличение производства продукции животноводства прослеживается лишь на 3 этапе.
На первом этапе до 1998 года мы видим резкое снижение производства скота и птиц на убой (в среднем на 78%-80%) по сравнению с 1990 годом и оно составило 1676 тыс. тонн. На втором этапе уже с 1999 года этот показатель незначительно стал увеличиваться и к 2013 году составил 8544 тыс. тонн, что было в два раза больше чем 1999 году, но на 85% ниже чем в 1990 году. Доля крестьянско-фермерских хозяйств в данном показателе составило в среднем 3%-4% ; к 2013 году они производили 236 тыс. тонн продукции, что почти в 215 раз больше чем в 1990 году.
Важным этапом развития нашего животноводства стало реализация основного национального проекта “Развитие АПК” и Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 гг. Для сельскохозяйственных производителей выделялись льготные кредитные ресурсы для модернизации строительства животноводческих объектов и ферм.
Резкий скачек в производстве скота и птицы на убой стал заметен с 2015 года в сельскохозяйственных предприятиях этот показатель увеличился на 7.5% а в крестьянско-фермерских – на 4.8% и составил 13452 тыс. тонн, что в среднем на 4%-4.5% выше чем в 2014 году. { к Департамент экввотнйводлва в племенного дела
На рис.2 представлены показатели производства скота и птицы на убой в живом весе за 2014-2016 гг.
На первое января 2016 года поголовье крупного рогатого скота составило 19,0 млн. голов или 98.4% к 2015 году из них коров – 8,4 млн. голов или 98,2%. Поголовье свиней увеличилось на 9,6% и составило 21,4 млн. голов, овец и коз – 24,5 млн. голов, птицы 547,3 млн. голов.
Одна из наиболее интенсивных развивающихся отраслей животноводства – это птицеводства, ее доля в производстве мяса составляет 92%. Так в 2015 году производства мяса птицы составило 13,4 млн. тонн, что на 539 тыс. тонн больше чем в 2014 году. Наиболее передовые на Российском рынке производства мяса птицы следующие компании : “ Продо-Трейд ” и ООО “ Птицефабрика Акашевская” – 4,0% ; ОАО ПФ “Северная” и ЗАО “Белая птица” – 5,0% ; ГАП “Ресурс ” и ООО “Белгранкорм” – 6,0% ; ОАО Группа “Черкизово” – 20,0% ; ЗАО “Приосколье” – 13,0%.
Мясо птицы составляет 45% в общем производстве мяса, на душу населения – 29 кг. возросло на 6% и потребления нетрадиционных видов птицы.
По производству яиц в 2015 году тоже наблюдался резкий скачек по сравнению с 2014 годом, так в 2015 году его производства 42,5 млрд. штук ; что в среднем в 1,5-1,7 раз или на 664 млн. штук больше чем в 2014 году.
Наиболее крупными производителями яиц являются следующие птицефабрики: ЗАО ПФ “Синявская” – 4,7%; ЗАО ПФ “Боровская”, ЗАО ПФ “Роскар”. ОГУП ПФ “Свердловская” и ОАО ПФ “Волжанин” по 3,0%.
Второй по темпам развития отраслью является свиноводство. благодаря большим инвестициям реконструировано и введено в строй более 500 свиноводческих комплексов и ферм, что привело к получению дополнительно более 600 тыс. тонн свинины.
В 2015 году производство свинины составило 3,98 млн. тонн ; что на 3,7%-3,8% выше чем в 2014 году.
Наиболее передовые в производстве свинины следующие компании ; ООО “Агропромкомплектация” – 2,3% ; ООО АПК “ДОН” и ГК Астанкино – по 2,1% ; ООО “КоПИТАНИЯ” – 2,8% ; ЗАО “Сибирская Аграрная Группа” – 3,1% ; ООО “ГК Агро-Белогорье” – 5,6% ; ГК “Черкизово” – 6,1% ; ГК “Русагро” – 6,3% ; ГК “Мираторг” – 12,7%.
Производство свинины составляет 32,8% в общем производстве мяса , а потребления свинины на душу населения составляет 23,3 кг.
Производство мясного и поместного крупного рогатого скота на убой в живом весе в 2015 году составило 452 тыс. тонн, что на 65,9 тыс. тонн выше чем в 2014 году. Поголовье специализированного мясного и поместного крупного рогатого скота составило 2547,5 тыс. голов, что на 7,5%-7,7% выше чем в 2014 году.
Принятая Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг. ,позволит увеличить производство говядины в нашей стране и к 2020 году доля производства говядины составит 20%-25% к общему объему производства мяса.
Для достижения данных показателей необходимо повысить уровень воспроизводства скота и получать на 100 коров 85 телят.
Производство молока в 2015 году не превысило уровня 2014 года и составило 30,9 млн. тонн ; причем в сельскохозяйственных предприятиях производство молока увеличилось на 348 тыс. тонн, а в хозяйствах населения уменьшилось на 139 тыс. тонн.
Развитие молочного скотоводства на прямую зависит от увеличения молочной продуктивности коров. Надой молока от одной коровы в 2015 году составил 5234 кг. , что на 336 кг. (6,9%) выше уровня 2014 года.
На развитие молочного скотоводства Минсельхоз РФ предложил для реализации 168 инвестиционных проектов , где сумма кредитных договоров составило более 15 млрд. рублей.
В 2015 году на поддержку племенного маточного поголовья молочного направления было выделено субсидий на сумму 2,6 млрд. рублей.
С 2015 года вступило в силу подпрограмма “Развитие молочного скотоводства ” , где предложены новые государственные поддержки, а именно:
- на создание и модернизацию объектов молочного направления ( молочных ферм) выделить субсидии на возмещение прямых потерь ;
- с 2017 года субсидии на идентификацию маточного поголовья скота молочного направления. В 2015 году принято к субсидированию 7 инвестиционных проектов , направленных на строительство или модернизацию животноводческих комплексов молочного направления.
Племенная база создана во всех отраслях животноводства таких как рыбоводство , пушное звероводство, пчеловодство и др. благодаря Государственной поддержке.
На сегодняшний день зарегистрировано 2517 племенных стад сельскохозяйственных животных ; в том числе 762 племенных заводов , 1670 племенных репродукторов и 85 генофондных хозяйств по всем направлениям животноводства ( молочное и мясное скотоводство , овец, коз , свиней ,птиц, лошадей, пушных зверей и кроликов, верблюдов , тутового шелкопряда , рыбы , северных и пантовых оленей, яков).
Анализ современных технологических способов переработки и утилизации навоза и их ветеринарно-санитарная оценка
Сегодня перед аграриями поставлена задача увеличения производства молока и мяса, но вместе с её решением возникает дополнительная проблема, связанная с увеличением количества органических отходов, полученных от жизнедеятельности животных (И.В. Ускова, 2014).
Утилизация органических отходов животноводства остается серьезной проблемой в современном сельском хозяйстве В.Г. Тюрин, 2000; Ю.П. Фомичев, 2000; А.А. Черепанов, 1994; М.А. Мироненко с соавт., 1980; И.Д. Гришаев, 1977; E. Anderson, 1971; W.Anteny, 1974; M. Strony, 1977).
С ростом величины животноводческих предприятий и продолжительности их эксплуатации без надлежащего технического перевооружения и реконструкции эта проблема возрастает (В.Д. Баранников, Н.П. Вашкулат с соавт. 1985; М.А. Мироненкос соавт., 1980; Л.К. Эрнст с соавт., 2000).
По мнению В.Г. Тюрина, И.И. Кочиша (2016); Г.А. Мысовой (2004); М.Я. Тремасова с соавт. (2010); Г.К. Волкова, И.Р. Смирновой (2017) и других ученых решение проблемы загрязнения окружающей среды отходами содержания животных и птицы должно решать во-первых — предотвращение и исключение загрязнения окружающей среды и применение переработанных органических отходов в земледелии, животноводстве и других отраслях народного хозяйства.
Многие годы ученые и практики различных стран работают над сложной проблемой утилизации навоза.
Разработаны различные приемы, методы и технологии переработки навоза и в их основе лежат технические, биологические и биотехнологические процессы (А.М. Смирнов, В.Г. Тюрин, 1994; Ю.Ф. Клачкова, 1995; Г.А. Мысова, 2006; В.П. Лысенко, В.Г. Тюрин, 2016).
Наиболее распространенными в современных условиях ведения животноводства способами переработки органических отходов являются биологические и биотехнологические методы (В.П. Лысенко, В.Г. Тюрин, 2016; А.М. Смирнов, В.Г. Тюрин, 1994; Ю.Ф. Клачкова, Г.А. Мысова, 1993).
Навоз в основном применяют для повышения плодородия и урожайности (Г.А. Мысова, 1993; Ф.Л. Радун, И.Д. Гришаев, 1977; В.Д. Баранников, 1981, 1985, 2005; А.К. Баубинас, 1981; Е.И. Гончарук с соавт., 1980; Ю.И. Ворошилов с соавт., 1979; Е.М. Гончаров с соавт., 1980; И.Р. Смирнова, 1994; Н.Г. Ковалев).
Кормовые культуры, из которых приготовляют силос, сенаж и травяную муку удобряют жидким навозом крупного рогатого скота и свиней.
Жидкий навоз, навозные стоки и их жидкую фракцию следует использовать в качестве удобрения многолетних трав на лугах и пастбищах при внутрепочвенном способе внесения с использованием агрегатов АВВ и АВМ, которые обеспечивают глубину попадания навоза на глубину не менее 17 см и тем самым исключают загрязнение поверхности почв.
Для сроков и способов орошения жидкой фракцией навоза существуют нормы технологического проектирования 2006 года, а также с учетом «Ветеринарно-санитарных правил по использованию животноводческих стоков для орошения и удобрения пастбищ».
Наиболее эффективным сроком внесения жидкого навоза, навозных стоков и их жидкой фракции по мнению Г.Е. Мерзлая (2004), С.И. Тарасов с соавт. (2006), является период наибольшей потребности сельскохозяйственных культур в питательных веществах.
Причем зимнее внесение жидкого навоза, по рекомендации этих авторов следует проводить на заранее подготовленные поля, с которых исключается сток талых, загрязненных навозом вод в водоемы.
Для сидеральных культур эффективным способом является применение бесподстилочного навоза, так как это увеличивает сроки использования навоза и предотвращает загрязнение продукции нитратами. (В.М. Новикова с соавт. (1981), С.И. Тарасова (2003), Г.Е. Мерзлая (2003). Одним из эффективных и доступных способов переработки навоза являются различные варианты компостирования.
По данным Charles H Senn (1974), Golueke Clarence G. (1983), Jliroi Mitsnyc Fet all (1981), Marco de bertold et all (1988) в зависимости от способа и соотношения компонентов в компостах происходит не только накопление элементов питания растений, но и гибель некоторых видов патогенных микроорганизмов.
По мнению А.А. Полякова (1980); И.Д. Гришаев с оавт. (1972); Ю.Ф. Клачковой, Г.А. Мысовой (1993); Н.П. Тарабукиной с соавт. (1993); В.Г. Тюрина с соавт. (2017); А.А. Черепанова (1994) размеры компостных буртов во многом определяется свойствами влагопоглощающих материалов, используемых в качестве наполнителя.
По мнению этих авторов при использовании торфа, опилок, коры, лигнина высота буртов должна быть 2-2,5 м, соломы — 3 м, ширина — 2,5-6 м. Длина бурта произвольная, общая масса смеси для одного бурта не менее 100 т, а время выдерживания навоза и компоста в буртах при достижении температуры 60С во всех частях компоста должно быть не менее 2 мес. в теплый период года и не менее 3 мес. в холодный период года.
В последнее время для активизации биологических процессов при компостировании органических отходов животноводства используется ускоренное компостирование.
Ускоренное компостирование (метод биологической ферментации) основан на управлении развитием аэробных бактерий. Предварительно подготовленная компостная смесь (навоз или помет с влагопоглощающими материалами — торф, солома и др. - с минеральными добавками) оптимальных агрохимических свойств (влажность, кислотность, соотношение углерода и азота) помещается в специальную камеру (биоферментер или реактор), в которой создаются определенные условия для интенсивного развития аэробных бактерий. Технологический процесс ускоренного компостирования протекает в искуственных условиях при непрерывной аэрации компостной смеси путем принудительной подачи воздуха в слой массы, находящейся в биоферментере.
По данным Н.Г. Ковалева (2006), В.П. Лысенко, В.Г. Тюрина (2016), К.Н. Бирюкова (2008, 2009) продолжительность процесса компостирования органических отходов составляет 7-9 суток.
К.Н. Бирюковым (2009) было установлено, что внесение в компост термофильных микроорганизмов из рода Bacillus в биотехнологическом аэробном процессе активного компостирования ускоряет формирование условий для термофильного режима переработки навоза и сокращает на сутки сроки его обеззараживания.
Для получения на основе органических отходов животноводства экологически чистого, высококачественного удобрения используют технологии вермокомпостирования (С.И. Тарасов, 2002, 2006; А.И. Еськов, В.В. Рябков, 2002;А.И. Еськов, С.И. Тарасов, 2006; Н.М. Городний с соавт., 1990; C. Anderson, 1986; J. Jagne, 1987; P. Huand et all 1988; А.М. Игонин, 1995; А.Г. Васильева, 1994).
Исследования, проведенные М.Г. Дегтёвой (1995) показали, что оптимальными условиями для развития вермикультуры в биотехнологическом процессе переработки навоза является определенная температура, рН и плотность внесения червей — 50,0+5,0 особей (экземпляров) на 1 кг навоза.
Во Всероссийском научно-исследовательском интитуте животноводства были разработаны метод и технология утилизации бесподстилочного нативного навоза с помощью личинок комнатной мухи (Musca domestika S.).
Данная технология предусматривает получение кормовых высокоэффективных добавок и ценных удобрений (биопрепаратов) в результате переработки навоза энтомологическим способом (Л.К. Эрнст с соавт. 1974, 2000; Ю.А. Колтыпин, 1977, Н.С. Шепилов, 1980, А.А. Черепанов, 1974).
По мнению Л.К. Эрнста с соавт. (2000) сущность процесса заключается в том, что личинки синантропных мух, питаясь нативным навозом, очень быстро наращивают биомассу, полноценную по питательным качествам и пригодную для скармливания свиньям, птице и рыбе. Второй компонент, полученный в результате биологической переработки биопрепарата (биоперегной), обладающим многими полезными качествами, в частности, улучшает структуру почвы, повышает урожайность сельскохозяйственных культур в 1,2 — 1,54 раза, убивает фитонематод и является основным компонентом субстрата для выращивания грибов. Этот бипрепарат является более эффективным удобрением, чем навоз. В нем содержится в 2,3 раза больше фосфора, в 1,5 раза больше калия. Фунгицидные и нематоцидные свойства открывают большие перспективы его использования.
В отличие от других технологий этого направления переработка навоза с помощью копрофагов не требует больших энергетических затрат и протекает при t - 25-27С в условиях естественного атмосферного давления.
Одним из технологических способов переработки органических отходов животноводства является анаэробная обработка навоза.
Анаэробная ферментация органических отходов является биотехнологическим решением переработки навоза в результате которой получают не только эффективное удобрение, но и биогаз (R. Fairkank, 1974; Н.Г. Ковалев, 2006; Г.А. Мысова, 1993, 2006; В.П. Лысенко, В.Г. Тюрин, 2016; А.Г. Пузанков с соавт., 1979; Ю.Ф. Клачкова, Г.А. Мысова, 1993).
По мнению А.А. Черепанова (1994), Ю.Ф. Клачковой, Г.А. Мысовой (1993), Н.Г. Ковалева (2006) анаэробное сбраживание навоза обеспечивает дегельментизацию.
Определение санитарно-гигиенического состояния гранулированного органоминерального удобрения пролонгированного действия по технологическим этапам его получения в производственных условиях
Изучение процессов формирования технологических режимов – изменение характера температуры компоста и рН в процессе его ферментации, а также определение эффективности обеззараживания навоза на участках технологического процесса осуществляли непосредственно в смесителе и резервуаре в производственных условиях.
Смеситель представлял собой конструкцию (сооружение) из оцинкованного металла прямоугольной формы емкостью 3 м3, в полу которого предусмотрено технологическое отверстие для сброса органической или органоминеральной смеси на ленточный транспортер. Также смеситель оборудован тензодатчиками для взвешивания смешиваемого сырья и компонентов. С ленточного конвейера сырьё перемещается в резервуар для хранения в течении 9-12 часов. Далее органический субстрат (смесь) загружается в бункер приема сырья с помощью подвижных элементов. По средствам подвижных элементов бункера сырьё подается на ленточный конвейер. С ленточного конвейера сырьё перемещается в шнековый транспортер участка сушки. Управление технологическим процессом – автоматическое, осуществляется с пульта управления.
Шнековый транспортёр, перемещает сырьё в загрузочное устройство сушильного барабана. Важно соблюдать равномерность загрузки сырья, это способствует однородности влажности сырья на выходе из барабана и, как следствие, непрерывность процесса гранулирования. Скорость подачи сырья варьируется частотным преобразователем. Сушка сырья происходит во вращающемся однопроходном сушильном барабане под воздействием агента сушки. Сырьё постоянно перемешивается и меняет направление движения, конструкция барабана позволяет перемешивать и разбивать комья сырья, что позволяет иметь на выходе гомогенизированную смесь. Температура на входе в сушильный барабан (до 200С) устанавливается исходя из начальной влажности и размеров фракции. Показания температуры отображаются на пульте управления, на приборе ТРМ от датчиков – термопар, установленных на загрузочном и выгрузном патрубке сушильного барабана. Температура на выходе зависит от количества высушиваемого сырья (90±10С). Движение агента сушки и сырья в барабане осуществляется за счёт разряжения, создаваемого тягодутьевой машиной. Он установлен после сушильного барабана и соединён с ним воздуховодом, выполненным из коррозионностойких материалов. Между тягодутьевой машиной и сушильным барабаном, установлены циклоны, выполненные из коррозионностойких материалов, циклоны предназначен для разделения из воздушно-продуктовой смеси высушенного сырья и агента сушки, насыщенного паром. Влажность сырья на выходе из сушилки – 1-15%. Размер фракции до 5 мм.
Далее высушенное сырье поступает в дозатор. Он осуществляет равномерную подачу сырья для гранулирования. Пресс-узел представляет собой два вала – подвижный (вал-планшайба) и неподвижный (главный вал). На подвижном валу закреплена матрица – металлическое кольцо с радиальными отверстиями (фильерами). На неподвижном валу установлены пресс-вальцы и рычаги, регулирующие зазор между вальцами и матрицей. Сырьё подаётся питателем в пресс-узел, затягивается между вращающейся матрицей и пресс-вальцами и выдавливается через фильеры, принимая форму гранул.
Производительность установки составляла 7-10 тонн гранулированного органического или органоминерального удобрения пролонгированного действия в сутки.
Технологическая схема переработки навоза в гранулированное органоминеральное удобрение пролонгированного действия представлена на рисунке 5, а общий вид технологической линии показан на фото 1. В резервуар-смеситель загружали органические и минеральные компоненты: навоз, опилки и солому.
Санитарно-бактериологическую оценку проводили с учетом технологии получения органоминерального удобрения, включая основные этапы подготовки, переработки органического субстрата на основе навоза крупного рогатого скота с использованием минеральных компонентов, а также после их сушки и гранулирования при получении органоминерального удобрения пролонгированного действия.
Из данных таблицы 7 следует, что пробы органического субстрата на основе нативного навоза крупного рогатого скота не содержат микобактерии и бактерии из рода сальмонелл, но выделены патогенные эшерихии: сероварианты О139; О142 и характеризуются высоким коли-индексом и индексом энтерококков, который составлял 1,0 105 и 1,0 104 соответственно при общем уровне микробной контаминации (КМАФАнМ) более 1,4 106 КОЕ/г, что в соответствии с действующими нормативными документами.
В последующем нами приведены микробиологические исследования на технологическом этапе смешивания нативного навоза с минеральными компонентами для получения органоминеральной смеси.
Санитарно-бактериологическое состояние влажной органоминеральной смеси при производстве органоминерального удобрения показано в таблице 8.
Результаты, представленные в таблице 8, показывают, что на технологическом этапе смешивания нативного органического субстрата (навоза крупного рогатого скота) с минеральными компонентами в образующей влажной органоминеральной смеси общее микробное число (КМАФАнМ) снижается до 8,4 105 КОЕ/г, а индекс санитарно-показательных микроорганизмов: колиформ до 1,0 104 КОЕ/г, энтеробактерии (энтерококки) до 103 КОЕ/г. Вместе с тем в пробах влажной органоминеральной смеси выделены патогенные сероварианты бактерий группы кишечных палочек О139 и О142, что также не отвечает ветеринарно-санитарным требованиям, предъявляемым к органическим удобрениям в соответствии с ГОСТ Р 53117-2008.
Следующим этапом в технологии получения органоминерального удобрения является процесс высушивания органоминеральной смеси в сушильном барабане и гранулирование органоминерального удобрения.
Нами изучено санитарно-бактериологическое состояние высушенной органоминеральной смеси и гранулированного удобрения. Результаты микробиологических исследований представлены в таблицах 9 и 10.
Результаты санитарно-бактериологических исследований высушенной органоминеральной смеси, представленные в таблице 9 показывают, что сушка органоминеральной смеси в барабане при температуре на входе в сушильном барабане до 200С, а на выходе 90,0+10,0С обеспечивает гибель патогенной вегетативной микрофлоры (E.coli, сероварианты О139 и О142) и позволяет добиться получения высушенной органоминеральной смеси свободной от патогенной вегетативной микрофлоры. Тем не менее другие микробиологические показатели, такие как индекс санитарно-показательных микроорганизмов: индекс колиформ и индекс энтеробактерий составлял 100 КОЕ/г и был выше аналогичного показателя, предусмотренного Национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства» (не более 10,0 КОЕ/г).
Санитарно-бактериологическая характеристика гранулированного органоминерального удобрения приведена в таблице 10.
Данные микробиологических исследований гранулированного органоминерального удобрения на основе навоза крупного рогатого скота, представленные в таблице 10, свидетельствуют, что завершающий технологический процесс гранулирования высушенной органоминеральной смеси позволяет получить продукт переработки органических отходов и, в частности, навоза крупного рогатого скота – гранулированное органоминеральное удобрение пролонгированного действия по санитарно-бактериологическим показателям, соответствующим требованиям действующего нормативного документа ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия».
Результатами санитарно-микробиологических исследований установлено, что в пробах гранулированного органоминерального удобрения индекс санитарно-показательных микроорганизмов (колиформы, энтеробактерии) не превышал 10 КОЕ/г, не выделены патогенные микроорганизмы, в том числе эшерихии, сальмонеллы, микобактерии, а количество мезофильных аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов составило 1,1 тыс. КОЕ/г.
Санитарно-бактериологическая оценка процесса вовлечения отходов животноводства и, в частности, навоза крупного рогатого скота по их переработке и получению безопасного в санитарном и экологическом отношении органического и органоминерального удобрения для нужд агропромышленного комплекса является важнейшим элементом совершенствования и модернизации технологии производства, контроля качества получаемой продукции.
На основании проведенных санитарно-микробиологических исследований установлено, что пробы органического субстрата на основе нативного навоза крупного рогатого скота не содержат микобактерии и бактерии из рода сальмонелл, но выделены патогенные эшерихии: сероварианты О139; О142 и характеризуются высоким коли-индексом и индексом энтерококков, который составлял 1,0 105 и 1,0 104 соответственно при общем уровне микробной контаминации (КМАФАнМ) более 1,4 106 КОЕ/г, что в соответствии с действующими нормативными документами: ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия» не отвечают ветеринарно-санитарным и экологическим требованиям, предъявляемым к навозу, как органическому удобрению, используемого для повышения плодородия почвы.
На технологическом этапе смешивания нативного органического субстрата (навоза крупного рогатого скота) с минеральными компонентами в образующей влажной органоминеральной смеси общее микробное число (КМАФАнМ) снижается до 8,4 105 КОЕ/г, а индекс санитарно-показательных микроорганизмов: колиформ до 1,0 104 КОЕ/г, энтеробактерии (энтерококки) до 103 КОЕ/г. Вместе с тем в пробах влажной органоминеральной смеси выделены патогенные сероварианты бактерий группы кишечных палочек О139 и О142, что также не отвечает ветеринарно-санитарным требованиям, предъявляемым к органическим удобрениям в соответствии с ГОСТ Р 53117-2008.
Обсуждение результатов исследований
В мире ежегодно получают около 1 млрд. тонн навоза и помета. Только в Российской Федерации ежегодно объем навозно-пометных стоков превышает 300 млн. тонн. Во многих случаях отходы являются бедствием для окружающей среды. Огромные массы органических отходов, образующие на животноводческих предприятиях, загрязняют близлежащие земельные угодья, водные объекты и другие компоненты окружающей среды.
Одной из острых проблем современного агропромышленного комплекса является крайне низкое использование органических и минеральных удобрений. В связи с этим в пахотных почвах страны складывается отрицательный баланс питательных веществ. Потребность в удовлетворениях для бездефицитного баланса элементов питания удовлетворяется всего лишь на 10-15%. В результате наблюдается интенсивная деградация почвенного плодородия, снижение содержания гумуса, запасов основных элементов питания растений (А.И. Еськов, 2003).
Поэтому одной из ведущих задач научных исследований и практики на современном этапе развития отечественного агропромышленного комплекса является обоснование широкого использования органических отходов животноводства и различных минеральных компонентов для создания новых видов комплексных органоминеральных удобрений, характеризующихся безопасностью для окружающей среды, агроэкологической ценностью и эффективностью. Применение органоминеральных удобрений, содержащих в своем составе полный набор как макро, так и микроэлементов, позволяет значительно повысить продуктивность сельскохозяйственного производства и качество продукции.
Вместе с тем при создании новых органоминеральных удобрений необходимо учитывать, что органические отходы животноводства (навоз и помет), которые служат основой таких удобрений, являются благоприятной средой для роста, развития и размножения микрофлоры, а также сохранения вирулентных свойств. Так возбудители бруцеллеза сохраняют жизнеспособность в навозе в течение 108-174 дней, сальмонеллеза 92-157 дней, туберкулеза более 457 суток.
Нами проведены исследования по определению санитарно-бактериологического состояния свежего навоза крупного рогатого скота, используемого для получения органоминерального удобрения.
Исследования показали, что пробы органического субстрата на основе нативного навоза крупного рогатого скота содержат патогенные эшерихии: сероварианты О139; О142 и характеризуются высоким коли-индексом и индексом энтерококков, который составлял 1,0 105 и 1,0 104 соответственно при общем уровне микробной контаминации (КМАФАнМ) более 1,4 106 КОЕ/г, что в соответствии с действующими нормативными документами.
Полученные данные согласуются с результатами исследований Ф.Ф. Лопаты (2007, 2008 гг), К.Н. Бирюкова (2008 г), С.М. Томарова (1998 г) и других.
Следующим этапом наших исследований явилось сравнительное изучение химического состава свежего навоза крупного рогатого скота и гранулированных органоминеральных удобрений пролонгированного действия.
Исследования показали, что в сухом веществе навоза на соломенной подстилке содержится 0,45% общего азота, в том числе аммиачного 0,14%, содержание общего фосфора составило 0,23%, общего калия — 0,5%.
Следует отметить, что указанное содержание биогенных элементов в навозе составило 11,8 кг NPK на тонну и при использовании в качестве органического удобрения в сельскохозяйственном производстве потребует увеличению объемов навоза, внесения в почву для обеспечения всеми необходимыми питательными элементами для роста и развития растения, которая составит от 30 до 100 тонн на гектар. Это значительно увеличит нагрузку на почву, повысит уровень микробной контаминации, в том числе и патогенной микрофлоры, что окажет отрицательное влияние на окружающую среду
Низкий уровень биогенных элементов в навозе обуславливается тем, что при длительном выдерживании в навозохранилищах теряется большое количество основных питательных элементов.
Поэтому с целью создания сбалансированного по основным питательным элемента удобрения на основе навоза крупного рогатого скота в последние годы широкое применение нашло использование минеральных компонентов для получения органоминерального удобрения.
Органоминеральные удобрения содержали свыше 80% органического вещества. Общий азот в этих удобрениях составлял 2,4-4,0%, где одна четвертая часть этого количества азота была представлена доступной для растений формой в виде аммонийного азота. В органоминеральном удобрении содержалось фосфора (более 5%) и калия (7,9%). В расчете на 1 т органоминерального удобрения приходится 146-195 кг основных питательных веществ (NPK), необходимых для растений. При этом следует указать, что в хорошо приготовленном подстилочном навозе содержится в расчете на 1 т натуральной влажности 13,5 кг NPK, в расчете на сухую массу – 67,5 кг. Следовательно, органоминеральные удобрения по суммарному запасу основных питательных веществ превышали подстилочный навоз в 3-3,2 раза.
Таким образом, по своему химическому составу органоминеральные удобрения отвечают национальному стандарту Российской Федерации ГОСТ Р 53117-2008. Удобрения органические на основе отходов животноводства.
Не менее важным для экологической оценки органоминеральных удобрений является определение тяжелых металлов. Поэтому нами параллельно проведены исследования по определению уровня содержания основных тяжелых металлов в органоминеральных удобрениях, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, в частности, на ее важнейший компонент, которым является почва.
Учитывая, что органические отходы животноводства, а именно, навоз крупного рогатого скота является благоприятной средой для сохранения вирулентности и жизнеспособности патогенных микроорганизмов большое внимание при эколого-гигиенической оценке органоминеральных удобрений было уделено определению санитарно-бактериологического состояния гранулированного органоминерального удобрения по технологическим этапам при его получении в производственных условиях.
На основании проведенных нами санитарно-микробиологических исследований было установлено, что пробы органического субстрата на основе нативного навоза крупного рогатого скота не содержат микобактерии и бактерии из рода сальмонелл, но выделены патогенные эшерихии: сероварианты О139; О142 и характеризуются высоким коли-индексом и индексом энтерококков, который составлял 1,0 105 и 1,0 104 соответственно при общем уровне микробной контаминации (КМАФАнМ) более 1,4 106 КОЕ/г, что в соответствии с действующими нормативными документами: ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия» не отвечают ветеринарно-санитарным и экологическим требованиям, предъявляемым к навозу, как органическому удобрению, используемого для повышения плодородия почвы.
На технологическом этапе смешивания нативного органического субстрата (навоза крупного рогатого скота) с минеральными компонентами в образующей влажной органоминеральной смеси общее микробное число (КМАФАнМ) снижается до 8,4 105 КОЕ/г, а индекс санитарно-показательных микроорганизмов: колиформ до 1,0 104 КОЕ/г, энтеробактерии (энтерококки) до 103 КОЕ/г. Вместе с тем в пробах влажной органоминеральной смеси повторно были выделены патогенные сероварианты бактерий группы кишечных палочек О139 и О142, что свидетельствует о не соответствии ветеринарно-санитарным требованиям, предъявляемым к органическим удобрениям согласно с ГОСТу Р 53117-2008.
Сушка органоминеральной смеси в барабане при температуре на входе в сушильном барабане до 200С, а на выходе 90,0+10,0С обеспечивает гибель патогенной вегетативной микрофлоры (E.coli, сероварианты О139 и О142) и позволяет добиться получения высушенной органоминеральной смеси свободной от патогенной вегетативной микрофлоры. Тем не менее другие микробиологические показатели, такие как индекс санитарно-показательных микроорганизмов: индекс колиформ и индекс энтеробактерий составлял 100 КОЕ/г и был выше аналогичного показателя, предусмотренного Национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства» (не более 10,0 КОЕ/г).
Технологический процесс гранулирования высушенной органоминеральной смеси позволяет получить продукт переработки органических отходов и, в частности, навоза крупного рогатого скота – гранулированное органоминеральное удобрение пролонгированного действия по санитарно-бактериологическим показателям, соответствующим требованиям действующего нормативного документа ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия».