Переработка навоза: способы, оборудование, виды удобрений

Один из побочных продуктов сельскохозяйственной и животноводческой деятельности – навоз, образующийся в местах массового скопления животных. Экскременты занимают большую площадь и должны своевременно убираться для поддержания гигиенической безопасности в местах нахождения сотрудников и животных. Обработанный навоз в полном объеме может повторно использоваться в хозяйстве, поэтому предприятия и фермеры практикуют это для сокращения расходов и достижения производственных показателей.

Преимущества навозных удобрений

Сфера применения навоза ограничена той же областью, где он образуется – сельское хозяйство и животноводство. Это связано с естественными циклами природных процессов, при которых объем образования навоза не превышает возможных объемов потребления в качестве удобрений. С этим же связано, что обычно навоз используется в том же хозяйстве, где образовался – это сокращает затраты на транспортировку.

Состав

Улучшение плодородности или урожайности связано с составом навоза, зависящим от рациона питания животного (у скота больше влаги, у птиц – сухой корм), возможной подстилки (солома, гранулы) и способа сбора экскрементов. Доля содержащихся веществ различается между животными, но сами компоненты общие для всех:

Компонент	Доля, %	Описание
Вода	50-80	Основной компонент
Органика	20-35	Зависит от подстилки и вида животного
Микроэлементы	до 2,5	Зависит от рациона питания животного: азот (наибольшая доля), фосфор, калий, кальций, магний, сера, хлор, кремний, алюминий, железо

Зависимость характеристик от метода удаления

Используется 4 способа удаления навозной массы:

• ручной;
• механический;
• смывной;
• самотечный.

На частных фермах распространен ручной труд, поэтому навоз извлекается вручную лопатами с большими потерями воды, но с повышенной долей органики из-за захвата подстилочного материала. На крупны сельскохозяйственных и животноводческих предприятиях используют автоматизированные самотечные установки, выводящие экскременты к точке накопления. Наибольший уровень влаги получается при смывном методе.

Правила и способы хранения навоза

Предприятия и фермерские хозяйства обязаны своевременно осуществлять уборку образующегося навоза для поддержания гигиенических требований к помещению.

. Для полного сохранения всех полезных компонентов горячий навоз охлаждают. Всего применяется 3 способа накопления навоза, зависящие от наличия оборудования:

Способ	Температура, °C	Описание	Состояние компонентов	Дополнительное оборудование для обработки
Рыхлый	60-70	Самый горячий, навоз наваливается кучей	Теряются органические составляющие из-за неравномерного распределения массы	Не нужно
Рыхлоплотный	60-70	Горячепрессованный способ, при котором навоз еженедельно складывается пластами высотой 1 метр до достижения общей высоты 2-3 метра. Перед новой укладкой старый слой утрамбовывается.	Сокращается потеря органики из-за равномерного распределения объема и контроля температуры	Прессовальное или трамбовочное оборудование
Плотный	25-35	Холодный способ накопления, при котором формируются трехметровые (в высоту) пласты, покрытые торфом или соломой.	Из-за пониженной температуры замедляются биологические реакции и возникают препятствия к нарушению органических соединений	Прессовальное или трамбовочное оборудование

Необходимость переработки навоза

Естественные процессы опорожнения животных приводят к возникновению больших объемов экскрементов. В первоначальном жидком виде они не приносят пользу для сельского хозяйства и даже могут приносить некоторый вред по двум причинам:

• большой занимаемый объем необработанного навоза становится благоприятной средой для развития вредных микроорганизмов и насекомых;
• экскременты выделяют углекислый газ.

Использование свежей массы

Использование свежего навоза возможно только при смешивании с другими компонентами. Как правило, без обработки экскременты используются для повышения температуры почвы для ускорения при открытии посевного сезона. Это возможно, потому что экскременты у животных образуются в горячей форме, которая может сохраняться не менее недели.

Свежий навоз добавляется в почву двумя способами:

• сплошным, при котором он помещается в вырытую траншею, а затем покрывается слоем грунта;
• прерывистым, при котором навоз разбрасывается по поверхности, а затем она перерыхляется для смешивания.

Способы переработки и утилизации навоза

От потребностей сельскохозяйственного или животноводческого хозяйства зависит выбор способа переработки навоза, который влияет на свойства продукта переработки. Применяется несколько способов:

• компостирование (простое, ферментативное, вермикомпостирование);
• гранулирование;
• сушка;
• насекомыми;
• настаивание;
• выработка энергии, топлива или газа (био, пиролизного);
• переработка в картон или бумагу.

Обычное компостирование

Самый простой и распространенный способов обработки навоза – компостирование. Для этого навозную массу смешивают с примитивными добавками: травой, золой, органическими отходами, торфом, стружкой. Готовится многослойная структура высотой 2-4 метра, в которой каждый пласт поливается водой и прессуется.

Ферментативное компостирование

Для повышения удобрительных свойств компоста в массу добавляются ферменты. За счет них улучшается ход биологических реакций, ускоряется созревание почвы. Ферментативное компостирование повышает долю гумуса при добавлении компоста в почву. Без биологических добавок компост излишне минерализируется, что приводит к постепенному снижению плодородности. В качестве добавок выступают:

• лактобактерии;
• дрожжи;
• гуматы (натриевые или калийные).

Вермикомпостирование

Достижение необходимых свойств гумуса возможно при добавлении червей в массу после завершения брожения.

Ограничения по использованию червей связаны с составом навоза:

• перед добавлением червей необходимо дождаться вывода из состава азота и метана – это происходит при брожении;
• черви не выживут в массе с высокой долей содержания белковых веществ (характерно для навоза крупнорогатого скота), поэтому для переработки этого объема необходимо применять другие методы.

Метод гранулирования

Гранулы из помета решают проблему с транспортировкой, которая существенно ограничивает сбыт вторичной продукции за пределами собственного хозяйства. Для гранулирования лучше всего подходит навоз с минимальным содержанием влаги: конский или куриный. Низкое содержание влаги упрощает обработку: сбор, сушку и выделение гранул.

За счет этого на рынке существует дефицит гранул: вторичная продукция реализуется с большой маржей, что позволяет быстро окупить затраты.

Термический метод (сушка)

Для исключения благоприятной среды для бактерий навоз подвергается сушке. Для этого из всей массы выводится вода одним из способов:

• естественным (испарение при хранении на улице);
• термическим (нагрев массы до температуры 100-150 °C или создание среды с повышенной температурой);
• отжим (прессование и выжимка аналогично губке).

Переработка личинками мух

Кроме червей, для переработки навоза используются другие насекомые – мухи. Именно они в отличие от червяков способны обогащать массу белком и делать это в насыщенной белковой среде, свойственной экскрементам крупного рогатого скота. Для переработки навоз и личинки загружаются в специальную емкость, в которой они взаимодействуют изолированно от внешней среды.

Настаивание в воде

Получение требуемого уровня содержания воды в навозе производится с помощью настаивания. Для этого навоз в определенном соотношении заливают водой и в течение недели под солнцем масса начинает бродить. Выбор соотношения зависит от доли содержания воды в помете: например, в курином помете воды меньше, поэтому ее заливается в 15 раз больше массы экскрементов. Для остальных видов навоза соотношение добавленной воды меньше, а соотношение 1 к 2 – минимальное.

Производство энергии

Навоз используется для выработки энергии: твердого топлива, энергии при сжигании, газа. Для этого используются схожие методы обработки, как и при изготовлении удобрений.

За счет этого удастся достичь наибольшей выработки. Все для получения энергии используется 3 продукта переработки навоза:

• брикеты или гранулы;
• биогаз;
• пиролизный газ.

Изготовление топливных брикетов или гранул

При сушке навоза теряется более половины массы, а оставшиеся органические соединения обладают меньшей теплопроводностью, чем, например, дерево. Тем не менее, объема образующихся экскрементов достаточно для отопления сельскохозяйственных построек.

Метод хорош тем, что используется то же оборудование, что при производстве удобрительных гранул. Собственнику остается только выбрать сферу применения гранул или брикетов.

Производство биогаза

Получение газообразного топлива возможно при внедрении продвинутой системы сбора экскрементов, при которой они будут попадать напрямую в реактор. Дополнительное требование к установке по сбору – увлажнение недостаточно влажного навоза (например, куриного). В реакторе жидкий навоз начинает бродить под действием микроорганизмов и выделять три газа:

• углекислый;
• сероводород;
• метан.

Метан – источник энергии с повышенной теплопроводностью. Накопление в баллонах позволяет сбывать газ за пределы хозяйства, где он выработан.

Производство пиролизного газа

Для собственных нужд предприятия достаточно пиролизной установки, в которую помещается сухой навоз. Отличие такого газа от биогаза заключается в сложностях накопления излишков, поэтому пиролизный используется только в рамках хозяйства, где был выработан. Пиролизный газ получается путем сжигания в печи, из которой выкачан весь кислород.

Переработка в картон и бумагу

Последний из разработанных способов переработки навоза – производство картона или бумаги. В России такой способ пока не используется, а в мире наибольшее распространение получил в Индии, потому что слоновий навоз лучше всего подходит для этого. Кроме слоновьих, подходят экскременты лошадей и коров.

Для получения продукции отходы проходят две стадии очистки натриевыми составами:

• гидроксидом для уничтожения вредных компонентов (белка, вымерших клеток, лигнина);
• гипохлоритом для отбеливания и дезинфекции.

Использование в качестве утеплителя

Пониженная теплопроводность экскрементов позволяет использовать их в качестве утеплителя сельскохозяйственных помещений (из-за запаха только для них). Для этого вся масса сушится, а затем ей покрывают стены. Для стабильности конструкции навоз добавляют в подготовленные ячейки, чтобы он не расплывался и не отваливался. Для упрочнения сухой навоз смешивается с соломой. В качестве внешнего слоя используется штукатурка.

Переработка различных видов навоза

Исходя из этих данных предприятия или фермерские хозяйства корректируют основные характеристики при переработке: добавляют воду или сушат, выводят органику или включают новые добавки.

Источник навоза	Содержание воды, %	Содержание органики, %	Особенности
Крупный рогатый скот	70-80	15-20	Наибольшая влажность, используется для получения перегноя. Для гранулирования использование малорационально.
Свиньи	60-70	20-30	Самый универсальный вид навоза, подходит для большинства видов переработки. Высокий уровень влаги поддерживается при смешении экскрементов с мочой, которая быстро оседает. Высокий риск содержания червей-паразитов.
Птицы	50-55	40-45	Наименее влажный вид, поэтому подходит для гранулирования. Для добавления в грунт необходимо обильно смешивать из-за высокой концентрации органики.
Лошади	60-70	20-25	Для практического применения необходимо разбавлять: водой или органикой. Изначальное соотношение воды и органики не позволяет использовать без добавок.
Кролики	50-60	30-40	Подходит для выращивания тепличных растений.

Оборудование для переработки

Одна из особенностей сферы переработки навоза – бессмысленно устанавливать оборудование на отдельный этап производства, необходимо оснащать всю линию. Применение методов переработки зависит от технологий, используемых при сборе и хранении навоза. Например, при ручном сборе навоза (лопатой) предприятие или ферма лишаются возможности производить биогаз. Для переработки обычно используются следующие виды оборудования:

• сушилки;
• прессы;
• вращающие винты для перемешивания;
• камеры для сжигания или выработки энергии;
• грануляторы.

Дополнительно используются транспортные механизмы: трубы или конвейерные ленты для перемещения сырья.

Виды получаемой продукции

Вторичная продукция переработки навоза делится на два направления:

• удобрения;
• энергоресурсы.

Это повышает плодородность и урожайность почв. Для такого применения необходимо не покрывать поверхность навозом, а смешивать с верхним слоем грунта. В качестве энергоресурсов навоз используется в одном из двух состояний: твердом, газообразном. Твердое топливо получается при просушке всей массы и дополнительного разделения на гранулы или брикеты. Кроме этого, можно облепить сельхозпостройки и покрыть их штукатуркой. Газ – продукт, получаемый при обработке термическим способом в специальных камерах, оснащенных фильтрами, накопителями.