Санітарно-гігієнічні вимоги до одержання та знезараження гною
Проблема забруднення навколишнього середовища відходами тваринницьких підприємств різних виробничих напрямів і потужностей виникла в зв'язку з переходом цієї важливої галузі сільськогосподарського виробництва на промислову основу.
На відміну від промислового виробництва, основою технологій у тваринництві є не машина, а високоорганізований біологічний об'єкт, тобто тварина Це створює цілий ряд специфічних вимог до технологій виробництва продукції, пов'язаних з годівлею, утриманням, доглядом та експлуатацією тварин. Основною ж проблемою діяльності тваринницьких підприємств є утворення значної кількості відходів у результаті життєдіяльності тварин та забезпечення окремих елементів технологічного процесу виробництва продукції.
Відсутність надійних сучасних способів дезодорації та утилізації великих мас відходів тваринницьких об'єктів є основною перешкодою на шляху створення великих тваринницьких комплексів, а їх стоки – одним з головних джерел забруднення оточуючого середовища. Відходи тваринницьких підприємств небезпечні, так як є джерелом хімічного і біологічного забруднення повітря, ґрунтів і води. Вони містять не тільки велику кількість біофільних елементів, а й багато хвороботворних мікроорганізмів, личинок та яєць гельмінтів.
Наприклад, в результаті діяльності свинарського комплексу на 108 тис. голів свиней щорічно утворюється біля 1,0 млн. м. гнойових стоків.
Відомчими нормами технологічного проектування тваринницьких підприємств визначено, що відходами тваринництва є гній, гноївка і стічні води, а також шкідливі гази, патогенна мікрофлора, личинки та яйця гельмінтів.
Комплекс з поголів'ям понад 20 тис. свиней за кількістю відходів можна порівняти з населенням міста понад 300 тис. мешканців. Дійна корова за кількістю відходів прирівнюється до 16, молодняк великої рогатої худоби – до 12, свиня – до 21 людино- еквівалента. При виробництві 1 кг яловичини утворюється близько 25 кг відходів, а 1 кг молока – 13 кг стічних вод. В основі гігієнічних вимог до рідкого гною свинарських комплексів є їх токсичність, яка значно переважає міські фекальні стоки.
Гній являє собою значну загрозу в епідеміологічному та епізоотичному сенсі, оскільки може бути джерелом ряду збудників інфекційних та інвазійних захворювань тварин та людей. Вони можуть виділятися з каловими масами, сечею, слиною, маточними виділеннями тварин. Потрапляючи у ґрунти та водойми, такий гній є джерелом інфекцій та інвазій на забруднених територіях протягом тривалого часу. Зі стоками тваринницьких підприємств у воду можуть потрапляти значні кількості амонійного, нітратного та нітритного азоту, фосфору, магнію, натрію, кальцію, сірки та хлору. Високий вміст цих елементів у воді прискорює ріст водоростей, змінює смак і запах води, зменшує кількість кисню, тобто веде до евтрофікації водойми. Аміак стоків тваринницьких підприємств проявляє токсичний вплив на водні мікроорганізми, змінюючи таким чином процеси біологічного розпаду органічної речовини. Підвищення рівня фосфатів стимулює ріст водних рослин та викликає зниження вмісту кисню у воді.
Збудник туберкульозу зберігає життєздатність та вірулентність у ґрунті до 15 місяців, туляремії – до 75 днів, сальмонельозу – від кількох днів до року, бешихи – 4 – 4,5 місяця. Збудники цих хвороб можуть надходити у ґрунт з поверхневими водами, забрудненими фекаліями, а також надходити в організм тварин з кормами та водою та розноситись гризунами і мухами на значні відстані.
Гній та гнойові стоки також спричиняють надходження патогенної мікрофлори, шкідливих газів у вигляді аерозолів у повітря. Головним же джерелом забруднення атмосферного повітря є гнойові маси під час їх зберігання та обробки безпосередньо на тваринницьких підприємствах.
Дослідження фізико-хімічних властивостей та мікробного складу атмосферного повітря та навколишньої території у зоні діяльності тваринницьких об'єктів показало, що концентрація шкідливих газів у багатьох випадках значно перевищує гранично допустимі рівні. Зазначається, що великі тваринницькі комплекси великої рогатої худоби і свиней забруднюють повітряний басейн на відстані 2000 – 8000 м аміаком, пилом та мікроорганізмами. Крім традиційних забруднюючих речовин при оцінці гігієнічних показників атмосфери, сьогодні доводиться враховувати вимоги щодо "парникових" газів у повітрі, а саме діоксиду вуглецю, метану тощо.
В процесі зберігання, транспортування, обробки і використання гною в ньому утворюються, крім сірководню і аміаку, сульфіди, меркаптани, ароматичні та аліфатичні аміни, органічні кислоти та інші сполуки, що мають стійкий неприємний запах. Повітря також є середовищем для розмноження різних мікроорганізмів. Мікробний склад повітря головним чином залежить від пилової забрудненості і вологості, що дає можливість утворювати аерозоль. Утворена таким чином дисперсна система здатна до адсорбції на своїй поверхні великої кількості мікроорганізмів. Аерогенний шлях переносу шкідливих компонентів посилює негативні наслідки локального забруднення атмосфери на тваринницьких підприємствах.
Щорічно донедавна на таких підприємствах утворювалось біля 50 млн. т рідкого гною. За умов, коли не всі тваринницькі комплекси забезпечені технікою для транспортування і внесення в ґрунт рідких добрив, це призводить до накопичення великих мас гною на господарських дворах. Ще і сьогодні в зоні діяльності тваринницьких комплексів спостерігаються не поодинокі випадки, коли рідка фракція гною потрапляє в ґрунт, ґрунтові води та водосховища, що створює загрозу їх забруднення патогенними мікроорганізмами, нітратами та іншими шкідливими хімічними сполуками.
Гній – це суміш органічних і неорганічних речовин розчинених у воді, яка складається із твердих і рідких виділень сільськогосподарських тварин, і містить неперетравлені рештки корму та підстилкові матеріали. З точки зору фізико-хімічної характеристики рідкий гній (стоки) тваринницьких підприємств являють собою складну неоднорідну, багатокомпонентну гетерогенну систему, яка включає механічні домішки, грубо дисперсні, колоїднодисперсні та іоно- чи молекулярно-дисперсні частинки розчинені у воді. Кожна із них характеризується особливими властивостями, різною будовою, молекулярною масою, розмірами, які необхідно враховувати при розробці способів очистки рідких стоків тваринного походження.
Знезараження рідкого гною проводять хімічними, термічними, біологічними та механічними способами. В якості хімічних агентів з цією метою застосовують речовини, які згубно діють на мікроорганізми, а саме формалін, рідкий аміак, хлорне вапно або змінюють pH рідкої фракції гною та знижують неприємні запахи. Так, за аеробної обробки гною, за даними цілого ряду досліджень ефективним виявилось додавання до біомаси сульфату амонію в концентрації 14 кг/м3 для нейтралізації сірководню і майже всіх похідних азоту. Для боротьби із збудниками інфекційних та інвазійних хвороб успішно використовують термічний спосіб, заснований на дії високих температур, який на сьогодні ще широкого застосування не знайшов.
Найпоширенішими способами обробки рідкого гною є біологічні. Процес переробки гною складається з двох фаз, а саме: анаеробної і аеробної. Встановлено, що за аеробної фази з гною виділяється менше шкідливих газів, ніж за анаеробної обробки. Однак у першому випадку для забезпечення процесу переробки потрібні великі площі (1 га на 200 корів). Щоб уникнути цього рекомендовано використовувати різні механічні системи для забезпечення суміші киснем – аеробні ями, лагуни, окислювальні канали, бункери з аерацією під тиском тощо.
Склад та властивості гною залежать від виду тварин, хімічного складу кормів, наявності, кількості і якості підстилки, способу його видалення та умов зберігання. Залежно від способу утримання тварин розрізняють підстилковий (твердий) і безпідстилковий (напіврідкий, рідкий) гній. Підстилковий гній, крім екскрементів тварин, містить підстилку близько 25 % сухої речовини і 75 % води. Такий гній в середньому містить 0,5 % азоту, 0,25 % фосфору, 0,6 % калію і 0,35 % кальцію. Відомо, що фосфор і калій з підстилкового гною засвоюються рослинами так само, як і з мінеральних добрив.
До його складу входять також ряд мікроелементів, зокрема марганець, бор, мідь, цинк, молібден. Крім органічної речовини і мінеральних сполук, гній містить велику кількість мікроорганізмів. Встановлено, що в 1 т гною міститься близько 10-15 кг живих мікробних клітин.
Завдяки цьому при внесенні гною у ґрунт його мікрофлора збагачується різними групами бактерій. В свою чергу органічна речовина гною є джерелом енергії для мікроорганізмів ґрунту. Внесення гною в ґрунт сприяє активації азотфіксуючих мікроорганізмів, посилює процеси розщеплення органічної речовини. За цих умов зростає вміст вуглекислого газу в ґрунті, знижується його кислотність. Гній збільшує вміст гумусу і загального азоту в ґрунті, поліпшує його структуру, покращує волого утримуючу здатність.
На тваринницьких об'єктах, які практикують гідравлічні системи видалення відходів із приміщень, накопичується значна кількість безпідстилкового (рідкого) гною. Такий гній являє собою рухливу суміш калу і сечі та містить значну кількість води і газоподібних речовин, які утворюються в період його зберігання. За вмістом вологи рідкий гній поділяють на напіврідкий (вологість до 90 %) та рідкий (вологість 92 – 96 %).
Більша частина органічних речовин такого гною представлена неперетравленими рештками корму і входить до фракцій сирих протеїну, жиру, клітковини та БЕР. Інші сполуки – це легкодоступні для рослин форми азоту (до 70 %), солі органічних кислот, що обумовлюють кращу дію рідкого гною на рослин.
Однак зважаючи на високу вологість рідкого гною його необхідно попередньо обробляти шляхом компостування з торфом, ґрунтом або іншими компонентами. З цією метою торф зволожують рідким гноєм до повного насичення, а утворений торфо-гноєвий компост витримують залежно від пори року впродовж 2-6 місяців.
Органічна речовина виготовлених таким чином компостів, при внесенні в ґрунт покращує його фізичні властивості та хімічний склад, зменшує кислотність, усуває негативний вплив солей, який виникає при взаємодії рослин з мінеральними добривами.
З наведеного вище видно, що гній та гнойові стоки являють собою серйозну загрозу для навколишнього середовища. У зв'язку з цим у багатьох країнах світу розроблено систему нормативно-правових актів, санітарно-гігієнічних вимог та технологічних нормативів і правил, директивних документів в яких викладено вимоги щодо очищення і знезараження гною перед його використанням.
Склад та властивості гною тварин залежать і від характеристики ґрунтів, на яких вирощуються кормові культури. Кормові культури, вирощені на бідних ґрунтах, завжди гіршої якості, а при згодовуванні тваринам утворюють гній з низьким вмістом елементів живлення для рослин.
Хімічний склад екскрементів, який залежить в основному від кормового раціону, визначає їх властивості та здатність до переробки на добрива або біогаз. Це пояснюється тим, що з екскрементами виділяється основна частка поживних речовин, спожитих твариною з кормами. Як було відмічено раніше суха речовина екскрементів тварин на 75 – 80 % складається із органічної речовини та лише 15-25% із золи (мінеральна частина).
Вологість екскрементів свиней і великої рогатої худоби залежно від способу видалення, віку і статі змінюється від 86 до 91 %, а їх щільність становить 1,4 т/м3. Вологість екскрементів молодняку великої рогатої худоби і телят складає 86 %, лактуючих корів – 88,4 % зі щільністю 1,25 т/м3. Екскременти свиней і великої рогатої худоби з такою щільністю практично не піддаються розшаруванню на фракції. Розшарування екскрементів свиней відбувається за вологості 92 % і вище, а великої рогатої худоби – від 90 % і вище, що досягається розбавленням нативних відходів водою. Гній вологістю до 92 % прийнято називати "напіврідкий", 92 - 97 % – "рідкий", з вологістю 97 % і вище – гнойовими стоками.
Відповідно до вмісту вологи екскременти різних видів тварин містять від 3 до 14 % сухої речовини. Основну масу сухої речовини складають органічні речовини. Процес утворення екскрементів обумовлює наявність у них мінеральних, органічних і бактеріальних складових. Так вміст органічних речовин у складі сухої речовини екскрементів великої рогатої худоби складає відповідно 84 %, а в екскрементах свиней – 85 %.
Рівень мінеральних речовин екскрементів, тобто їх зольність досягає 15 % від маси сухої речовини в екскрементах свиней, 16 % – в екскрементах великої рогатої худоби. Для екскрементів тварин характерне високе бактеріальне обсіменіння (12,3-158 млн. кл. в 1 мл).
Так, за співвідношення твердої фракції екскрементів до води 1:6, до 18 – 20 % їх сухої речовини знаходиться в розчинному стані, або у вигляді неосаджувальних колоїдів.
Гранулометричний склад твердої фракції екскрементів свиней і великої рогатої худоби різноманітний і залежить від складу раціону годівлі, статі і віку тварин. Відгодівля свиней комбікормами сприяє збільшенню в екскрементах тварин частинок дрібнодисперсної фази, ніж в гною, який одержують при використанні для тварин змішаного раціону, а саме соковитих кормів, дерті, силосу, сінажу тощо.
Встановлено, що гній великої рогатої худоби містить в основному частинки розміром 0,5 мм. Щільність твердих екскрементів свиней становить 1010-1170 кг/м3. суміші сечі і калу – 1050-1070 кг/м3. твердих екскрементів великої рогатої худоби 1010-1100 кг/м3, а їх суміш сечі і калу – 1100 кг/м3. Щільність гною і його реологічні властивості, а саме структурна в'язкість і межі леткості залежать від вологості відходів. Так, підвищення вологості гною дійних корів від 86 % до 96 % зменшує його щільність на 20 – 30 кг, а в'язкість на 3 – 4 Па•С. За таких же умов гній свиней збільшує щільність на – 30 – 40 кг, а в'язкість – на 0,7 – 0,9 Па•С. При цьому межа лежкості гною зменшується від 70 – 140 н/м2 до нуля.
Хімічний склад гною в значній мірі визначається набором кормів раціону годівлі тварин. Вміст сухої речовини в свіжих екскрементах свиней становить в середньому 9,8 %, загальний азот – 0,72 %, фосфор – (Р2О5) – 0,47 %, калій (К2O) – 0,21 %. Зменшення в раціоні кількості концентратів знижує вміст азоту і фосфору в екскрементах. Встановлено, що від 50 до 70 % азоту в безпідстилковому гної знаходиться в розчиненій формі. Суха речовина калу свиней складається на 18,4% із целюлози, 15,2% лігніну, 20,7% пентозанів, 27 % – геміцелюлози.
Безпідстилковий гній свиней вологістю 70 – 75 % містить у сухій речовині до 18,3-21,3% протеїну, 4,3-6,8% жиру, 12,5 – 14,5 % клітковини, 38,0 – 45,0 % БЕР і 14,8 – 22,1 % золи.
Суха речовина екскрементів великої рогатої худоби в основному складається на 43 % з волокнистих структур корму, а саме целюлози, геміцелюлози, лігніну, а вміст протеїну в ній складає 18%, жиру – 5,0 %. Суха речовина безпідстилкового гною великої рогатої худоби вологістю 83,4 % містить до 12,8 % протеїну, 2,6 % жиру, 19,8 % клітковини, 43 % БЕР, 16,6 % золи.
Сирий послід курей – це маса сіро-зеленого кольору, яка має складну пористу структуру. Його вологість у курей і індиків становить 73 – 76 %, а гусей і качок – 83 – 85 %. Основу посліду птиці складають на 90 – 95 % дрібні частки залишків кормів і насіння різних рослин. Основну масу посліду становлять частки розміром 0,1 – 1,0 мм. Причому біля 90 % від їх загальної маси складають частки розміром менше 0,1 мм.
Послід являє собою органо-мінеральну суміш складної структури. У ньому містяться неорганічні сполуки Са, Р, К, Zn, Мn, а також ліпіди, жирні кислоти, цукри, клітковина та сполуки, що містять сірку. Азотистими сполуками посліду є білки, пептиди, амінокислоти, сечова кислота і аміак.
Основну частину сухої речовини калових мас тварин складають органічні сполуки, які містять значну кількість вуглецю. Органічна речовина калових мас тварин містить також і певну кількість азотовмісних сполук. Тому відношення вуглецю до азоту в калових масах коливається в межах 9 – 10 у свиней і 15 – 16 – у великої рогатої худоби. Сеча тварин містить близько 50 % всього азоту, що виділяється з екскрементами, а відношення в ній вуглецю до азоту у великої рогатої худоби складає 1 – 2, а у свиней – 0,8 – 0,9. У суміші екскрементів це співвідношення знаходиться в межах від 5 до 8.
У калових масах великої рогатої худоби міститься 0,29 % азоту, 0,17 – фосфору, 0,5 – кальцію і 0,10 % – калію із розрахунку на одиницю органічної речовини. В той же час у сечі великої рогатої худоби міститься 0,58 % азоту, 0,49 % калію і 0,01 % кальцію. Калові маси свиней включають 0,60 % азоту, 0,41 % фосфору, 0,29 – калію і 0,09 % кальцію. В той же час сеча містить 0,43 % азоту, 0,63 % калію і майже не має кальцію і дуже мало фосфору.
Кількість екскрементів, які виділяють різні види сільськогосподарських тварин, пов'язано не тільки з видовими особливостями, але й залежать від способу їх видалення, переробки, зберігання та використання. Так, бугаї-плідники виділяють близько 40 кг екскрементів за добу, в тому числі калових мас – 30 кг і 10 кг сечі, корови – 45 кг (відповідно 35 і 10 кг), молодняк на відгодівлі – 26 кг (14 і 12 кг), телята до 6 місяців – 7,5 кг (табл. 8.1).
