К числу важнейших проблем общемирового характера, требующих незамедлительного решения, относится проблема защиты окружающей среды. В соответствии с Федеральными законами Российской Федерации «Об охране окружающей среды» и «Об отходах производства и потребления» эффективность производства продукции оценивается с учетом его влияния на окружающую среду. Это также относится и к аграрному сектору экономики, имеющему отходоёмкое производство и переход его на экологически замкнутые биологические системы, с высоким уровнем использования природных ресурсов и энергии, может рассматриваться в качестве важного направления при решении отмеченной проблемы.
Осуществление интенсификации отраслей сельского хозяйства в российской экономике в соответствии с программой «Ускоренное развитие животноводства» в рамках приоритетного национального проекта «Развитие сельского хозяйства» направлено на высокий уровень концентрации сельскохозяйственных животных и птицы, их содержание по инновационным технологиям, снижение объемов используемой соломенной подстилки, обеспечение необходимых изменений характеристик органических отходов при их утилизации новыми способами. Наличие возле сельскохозяйственных предприятий необработанных навозных стоков, также непосредственное внесение их в почву могут привести к возникновению различных инфекций, биологическому химическому загрязнение прилегающих территорий, грунтовых вод, воздушного бассейна. Помет, навоз и навозные стоки – это не только крупнотоннажные, но и опасные виды отходов сельскохозяйственного производства, и необходимость проведения их обезвреживания становится важной задачей. В тоже время отходы животноводства благодаря современным биотехнологиям дают возможность использования их в качестве сырья при производстве не только органических удобрений, но и альтернативных энергоносителей и кормов.
Ежегодное количество органических отходов сельскохозяйственного производства составляет по разным подсчетам 630-650 млн тонн и наибольшая часть их (56%) образуется в животноводческих и птицеводческих хозяйствах различной формы собственности . Особенность отходов животноводства и птицеводства заключается в том, что они содержат в своем составе значительное количество патогенных микроорганизмов-возбудителей инфекционных заболеваний. При больших объемах их образования несвоевременный сбор и вывоз отходов в места утилизации и обезвреживания представляют собой серьезную угрозу для окружающей среды, загрязняя почву, грунтовые воды, реки и водохранилища. Согласно некоторым данным, в Российской Федерации объем органических отходов, образующихся на животноводческих фермах ежегодно, составляет: 350 млн тонн навоза крупного рогатого скота, 32 млн тонн навоза от свиноводства и 15 млн тонн – дает птицеводство.
В этой связи стоит отметить, что животноводческие комплексы как крупные загрязнители негативно воздействуют на окружающую среду, при этом сельскохозяйственные угодья нуждаются в навозе, являющимся очень ценным удобрением органического происхождения. Так, в течении года пахотные земли в Нечерноземной зоне России теряют органического вещества в размере 0,5-0,7 тонн на 1 гектар, 1,0-1,5 тонн на 1 гектар — в Центрально-Черноземном районе, 0,3-0,7 – в Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке потери достигают 0,6-1,0 тонн на 1 гектар. Пахотным землям в стране для восстановления плодородия почвы требуется ежегодное внесение 840 млн тонн органических удобрений, что в среднем составляет около 6 тонн на 1 гектар земли.
В силу указанных причин главным направлением использования отходов животноводства в виде навоза и помета является их применение в качестве органического удобрения для повышения плодородия почв сельскохозяйственного назначения, так как в составе навоза присутствует большое количество биогенных веществ.
Основными видами органических отходов животноводства являются результаты жизнедеятельности выращиваемых для производства сельскохозяйственной продукции животных и птиц в виде навоза и помета.
Рассматривая навоз животных в качестве органического удобрения, всегда учитывают, что в свежем т.е. в необработанном навозе находится большое количество патогенных микроорганизмов (возбудителей инфекционных и инвазионных заболеваний животных и людей) и семян сорных растений, снижающих количество и качество получаемой продукции растениеводства. Так, на одну тонну свежего навоза в среднем может приходится от 500 тысяч до 5 млн различных семян сорняков, и поэтому при применении в качестве удобрений такого навоза, с расчетом 50 тонн на почву земли размером в 1 гектар, также заносится и 25-250 млн семян сорняков. В дальнейшем при реализации таких мероприятий для избавления от сорных растений довольно часто возникает необходимость прибегнуть к опасным как для человека, так и для животных ядохимикатам.
Таким образом, непосредственное использование свежего навоза в качестве удобрения без предварительной подготовки (обеззараживания) недопустимо, поэтому применяются аэробные и анаэробные технологии подготовки навоза к использованию. Утилизация органических отходов животноводства и птицеводства должна предусматривать их эффективное обеззараживание, использование энергетического и агрохимического потенциала органических отходов сельскохозяйственного производства.
Наиболее рациональным способом использования органических отходов сельскохозяйственного производства в виде навоза животных является технология их анаэробного сбраживания с получением газообразного топлива — биогаз. Большое значение в использовании данной технологии переработки отходов, помимо энергетического аспекта как получение топлива, имеют и такие аспекты как экологические (обеззараживание отходов) и агрохимические (получение органических удобрений высокого качества).
Энергетический эффект, имеющий место при использовании технологии анаэробного сбраживания органических отходов как навоз животных, обусловлен тем, что в силу неполного освоения животными из поедаемых ими растений солнечной энергии, образуемой в результате фотосинтеза, больше половины ее откладывается в навозе. Так, к примеру, 26% энергии, получаемой организмом коровы из растительных кормов в процессе сложных биологических процессов, расходуются на ее жизнедеятельность, в молочные продукты переходит 16%, в навоз же – до 58% всей отмеченной энергии .
Биогаз из жидкого навоза, за счет анаэробного сбраживания получаемого от 100 голов крупного рогатого скота, может обеспечить тепловой энергией, которую дает 0,7 тонн топливного мазута, а электроэнергии из биогаза от навоза одной коровы за год, представленного как топливо для тепловой электростанции, можно получить примерно до 900 кВт/ч.
При анаэробном сбраживании, с применением биогазовой установки, навоз животных переходит в органическое биоудобрение высокого качества, превышая по своей удобрительной ценности свежие экскременты животных, в силу того, что при ферментации питательные вещества для растений становятся более доступными. В биогазовом реакторе в результате анаэробного сбраживания теряется не больше углерода по сравнению с другими методами стабилизации навоза как выдерживание в навозохранилищах и компостирование. Также, почти полностью сохраняются фосфор и калий в сброженном навозе при его анаэробной переработке с использованием биогазового реактора. Об этом говорят данные, получаемые при периодической проверке качества сброженного навоза по таким главным агрономическим показателям как содержание азота, калия, фосфора и т.д.
В свежем навозе при анаэробном сбраживании отходов животноводства с применением биогазового реактора свою всхожесть теряют семена сорных растений, которым богат навоз, также происходит рост урожайности сельскохозяйственных культур при внесении сброженной массы навоза как органического удобрения. Все это обеспечивает производителей возможностью вырастить экологически чистый продукт без применения для борьбы с сорняками вредных и для животных, и для людей различных видов ядохимикатов. Проведение анаэробной переработки отходов животных, при которой уничтожаются патогенные микроорганизмы, являющиеся возбудителями многих инфекционных заболеваний, способствует уменьшению бактериальной зараженности как почв, так и грунтовых вод. Гумусные материалы, которые имеют место быть при процессе сбраживания навоза, приводят к улучшению физических качеств почвы, также повышается уровень усвоения растениями питательных веществ за счет того, что минеральные вещества для деятельности почвенных микроорганизмов являются источником для их энергии и питания.
Биоудобрения, таким образом, способствуют сохранению в исходном сырье в легко усваиваемом виде содержащихся в нем всего азота и других питательных веществ, так необходимых растений. По сравнению с перепревшим в естественных условиях навозом, в биоудобрениях, полученных при сбраживании навоза с использованием биогазовых реакторов, гибнет большая часть яиц гельминтов, семян сорняков, патогенных микроорганизмов, присутствующих в необработанном навозе.
Также, если минеральные удобрения богаты азотом, фосфором и калием, то для протеина, целлюлозы, лигнина, содержащихся в биоудобрениях, получаемых в биогазовых реакторах в процессе анаэробного сбраживания свежего навоза, химические заменители отсутствуют.
