Важность управления отходами возросла по мере увеличения интенсивности сельскохозяйственного производства на фермах. Среди отходов животноводства преобладает навоз, а также подстилка и подстилка, отходы кормов, воды и почвы. В таблице 1 перечислены некоторые важные характеристики навоза; Человеческие отходы включены как для сравнения, так и потому, что их тоже необходимо перерабатывать на ферме. Высокое содержание органических веществ в навозе обеспечивает прекрасную среду для роста бактерий. Метаболическая активность бактерий будет потреблять кислород и поддерживать навоз в анаэробном состоянии. Анаэробная метаболическая активность может производить ряд хорошо известных токсичных газообразных побочных продуктов, включая двуокись углерода, метан, сероводород и аммиак.
Таблица 1. Физические свойства навоза, выделяемые в день на 1,000 фунтов веса животного, без учета влаги.
|
Вес (фунт) |
Объем (футы3) |
Летучие вещества (фунты) |
Влага (%) |
||
|
По мере выделения |
Как хранится |
||||
|
Молочная корова |
80-85 |
1.3 |
1.4-1.5 |
85-90 |
> 98 |
|
Мясная корова |
51-63 |
0.8-1.0 |
5.4-6.4 |
87-89 |
45-55 |
|
Свинья (производитель) |
63 |
1.0 |
5.4 |
90 |
91 |
|
Свинья (беременность) |
27 |
0.44 |
2.1 |
91 |
97 |
|
свиноматки и поросята |
68 |
1.1 |
6.0 |
90 |
96 |
|
Куры-несушки |
60 |
0.93 |
10.8 |
75 |
50 |
|
Бройлеры |
80 |
1.3 |
15. |
75 |
24 |
|
Индейки |
44 |
0.69 |
9.7 |
75 |
34 |
|
Баранина (овца) |
40 |
0.63 |
8.3 |
75 |
- |
|
Человек |
30 |
0.55 |
1.9 |
89 |
99.5 |
Источник: Министерство сельского хозяйства США, 1992 г.
Управленческие процессы
Управление навозом включает его сбор, одну или несколько операций по перемещению, хранение и/или необязательную обработку и, в конечном итоге, утилизацию. Влажность навоза, указанная в таблице 1, определяет его консистенцию. Отходы разной консистенции требуют разных методов обращения и, следовательно, могут представлять разную опасность для здоровья и безопасности (USDA 1992). Уменьшенный объем твердого навоза или навоза с низким содержанием влаги, как правило, позволяет снизить затраты на оборудование и потребности в энергии, но системы обработки нелегко автоматизировать. Сбор, транспортировку и любую дополнительную обработку жидких отходов легче автоматизировать и требовать меньше ежедневного внимания. Хранение навоза становится все более обязательным по мере увеличения сезонной изменчивости местных культур; размер метода хранения должен соответствовать производительности и графику использования, при этом предотвращая ущерб окружающей среде, особенно от стока воды. Варианты использования включают использование в качестве питательных веществ для растений, мульчи, корма для животных, подстилки или источника для производства энергии.
Производство навоза
Молочные коровы обычно выращиваются на пастбищах, за исключением случаев, когда они находятся в местах содержания до и после доения, а также во время сезонных экстремальных явлений. Расход воды на очистку при доении может варьироваться от 5-10 галлонов в день на корову, где не практикуется смывание отходов, до 150 галлонов в день на корову, где он используется. Таким образом, метод, используемый для очистки, оказывает сильное влияние на метод, выбранный для транспортировки, хранения и утилизации навоза. Поскольку содержание мясного скота требует меньше воды, с мясным навозом чаще обращаются в твердом или полутвердом виде. Компостирование является распространенным методом хранения и обработки таких сухих отходов. Характер местных осадков также сильно влияет на предпочтительную схему обращения с отходами. Чрезмерно сухие откормочные площадки могут создавать проблемы с пылью и запахом с подветренной стороны.
Основными проблемами для свиней, выращиваемых на традиционных пастбищах, являются контроль стока и эрозии почвы из-за стадного характера свиней. Одной из альтернатив является строительство полузакрытых свинокомплексов с мощеными площадками, что также способствует разделению твердых и жидких отходов; твердые вещества требуют некоторых ручных операций по перемещению, но жидкости могут обрабатываться самотеком. Системы обращения с отходами для полностью закрытых производственных зданий предназначены для автоматического сбора и хранения отходов в основном в жидком виде. Домашний скот, играющий со своими водопоями, может увеличить объем свиных отходов. Хранение навоза обычно осуществляется в анаэробных ямах или лагунах.
Птицефабрики обычно делятся на мясные (индейки и бройлеры) и яичные (несушки). Первые выращивают непосредственно на подготовленной подстилке, поддерживающей навоз в относительно сухом состоянии (влажность 25—35%); единственной операцией по транспортировке является механическое удаление, как правило, только один раз в год, и транспортировка непосредственно в поле. Несушки содержатся в штабелированных клетках без подстилки; их навоз можно либо собирать в глубокие стога для нечастого механического удаления, либо автоматически смывать или соскребать в жидкой форме, как свиной навоз.
Консистенция отходов от большинства других животных, таких как овцы, козы и лошади, в основном твердая; основным исключением являются телята из-за их жидкой диеты. Отходы от лошадей содержат высокую долю подстилки и могут содержать внутренних паразитов, что ограничивает их использование на пастбищах. Отходы мелких животных, грызунов и птиц могут содержать болезнетворные микроорганизмы, которые могут передаваться человеку. Однако исследования показали, что фекальные бактерии не выживают на кормах (Bell, Wilson and Dew, 1976).
Опасности при хранении
Хранилища твердых отходов должны по-прежнему контролировать водосток и выщелачивание в поверхностные и грунтовые воды. Таким образом, они должны представлять собой мощеные площадки или ямы (это могут быть сезонные водоемы) или крытые ограждения.
Хранение жидкости и навозной жижи в основном ограничено прудами, лагунами, ямами или резервуарами, расположенными как под землей, так и над землей. Долгосрочное хранение совпадает с обработкой на месте, обычно путем анаэробного сбраживания. Анаэробное сбраживание уменьшит летучие твердые вещества, указанные в таблице 1, что также уменьшит запахи, исходящие от возможного использования. Неохраняемые подземные хранилища могут привести к травмам или смертельным случаям в результате случайного входа и падения (Knoblauch et al. 1996).
Перенос жидкого навоза представляет собой очень разнообразную опасность из-за меркаптанов, образующихся в результате анаэробного сбраживания. Было показано, что меркаптаны (серосодержащие газы) вносят основной вклад в запах навоза, и все они весьма токсичны (Banwart and Brenner 1975). Возможно, самый опасный из эффектов от H2S, показанный в таблице 2, представляет собой его коварную способность парализовать обоняние в диапазоне от 50 до 100 частей на миллион, лишая сенсорную способность обнаруживать более высокие, быстро токсичные уровни. Хранения жидкости в течение всего 1 недели достаточно, чтобы начать анаэробное производство токсичных меркаптанов. Считается, что основные различия в скорости образования газообразного навоза в долгосрочной перспективе связаны с неконтролируемыми колебаниями химических и физических различий в хранящемся навозе, таких как температура, pH, содержание аммиака и органических веществ (Donham, Yeggy and Dauge, 1985).
Таблица 2. Некоторые важные токсикологические ориентиры для сероводорода (H2S)
|
Физиологический или регуляторный эталон |
Частей на миллион (ppm) |
|
Порог обнаружения запаха (запах тухлых яиц) |
.01-.1 |
|
Отвратительный запах |
3-5 |
|
TLV-TWA = рекомендуемый предел воздействия |
10 |
|
TLV-STEL = рекомендуемый 15-минутный предел воздействия |
15 |
|
Обонятельный паралич (не ощущается запах) |
50-100 |
|
Бронхит (сухой кашель) |
100-150 |
|
IDLH (пневмонит и отек легких) |
100 |
|
Быстрая остановка дыхания (смерть через 1–3 вдоха) |
1,000-2,000 |
TLV-TWA = пороговые предельные значения – средневзвешенное по времени; STEL = уровень кратковременного воздействия; IDLH = Немедленная опасность для жизни и здоровья.
Обычно медленное выделение этих газов во время хранения значительно увеличивается, если взбалтывать суспензию для повторного взвешивания осадка, который накапливается на дне. ЧАС2Сообщалось о концентрации серы в 300 частей на миллион (Panti and Clark 1991), а при перемешивании жидкого навоза было измерено 1,500 частей на миллион. Скорость выделения газа во время перемешивания слишком велика, чтобы ее можно было контролировать вентиляцией. Очень важно понимать, что естественное анаэробное пищеварение является неконтролируемым и, следовательно, сильно изменчивым. Частоту серьезных и смертельных передозировок можно предсказать статистически, но не для какого-либо отдельного места или времени. Обследование фермеров, занимающихся молочным животноводством в Швейцарии, выявило примерно одну аварию, связанную с выбросом навозного газа, на 1,000 человеко-лет (Knoblauch et al. 1996). Меры предосторожности необходимы каждый раз, когда планируется агитация, чтобы избежать необычно опасного события. Если оператор не перемешивает, осадок будет накапливаться до тех пор, пока его не придется удалять механически. Такой шлам следует оставить сохнуть, прежде чем кто-либо физически войдет в закрытую яму. Должна быть письменная программа для замкнутого пространства.
Редко используемые альтернативы анаэробным прудам включают аэробный пруд, факультативный пруд (в котором используются бактерии, которые могут расти как в аэробных, так и в анаэробных условиях), сушку (обезвоживание), компостирование или анаэробный варочный котел для биогаза (USDA 1992). Аэробные условия можно создать либо за счет поддержания глубины жидкости не более 60-150 см, либо за счет механической аэрации. Естественная аэрация занимает больше места; механическая аэрация дороже, как и циркуляционные насосы факультативного пруда. Компостирование может производиться в валках (ряды навоза, которые необходимо переворачивать каждые 2–10 дней), в стационарной, но вентилируемой куче или в специально сконструированном сосуде. Высокое содержание азота в навозе необходимо уменьшить путем смешивания добавки с высоким содержанием углерода, которая будет поддерживать рост термофильных микробов, необходимых для компостирования, чтобы контролировать запахи и удалять патогены. Компостирование является экономичным методом обработки небольших туш, если это разрешено местными постановлениями. См. также статью «Операции по утилизации отходов» в другом месте этой статьи. Энциклопедия. Если завод по переработке или утилизации недоступен, другие варианты включают сжигание или захоронение. Своевременное лечение важно для борьбы с болезнью стада. Отходы свиноводства и птицеводства особенно пригодны для производства метана, но этот метод утилизации не получил широкого распространения.
Толстые корки могут образовываться поверх жидкого навоза и казаться твердыми. Рабочий может пройти по этой корке, прорваться и утонуть. Рабочие также могут поскользнуться, упасть в жидкий навоз и утонуть. Важно держать аварийно-спасательные средства рядом с местом хранения жидкого навоза и избегать работы в одиночку. Некоторые газы, содержащиеся в навозе, такие как метан, взрывоопасны, поэтому внутри или вокруг здания для хранения навоза должны быть вывешены знаки «не курить» (Deere & Co. 1994).
Опасности применения
Перемещение и утилизация сухого навоза может осуществляться вручную или с помощью механических приспособлений, таких как фронтальный погрузчик, погрузчик с бортовым поворотом и разбрасыватель навоза, каждое из которых представляет угрозу безопасности. Навоз разбрасывают по земле в качестве удобрения. Разбрасыватели навоза обычно тянут за трактором и приводят в действие коробку отбора мощности (ВОМ) от трактора. Они подразделяются на один из четырех типов: коробчатые с задними битерами, цеповые, V-образные с боковым выбросом и закрытые баки. Первые два используются для внесения твердого навоза; разбрасыватель с V-образным баком используется для внесения жидкого, жидкого или твердого навоза; а разбрасыватель закрытого бака используется для внесения жидкого навоза. Разбрасыватели разбрасывают навоз на большие площади сзади или сбоку. К опасностям относятся машины, падающие предметы, пыль и аэрозоли. Несколько процедур безопасности перечислены в таблице 3.
Таблица 3. Некоторые меры безопасности, связанные с разбрасывателями навоза
1. Только один человек должен управлять машиной, чтобы избежать случайного включения другим человеком.
2. Держите рабочих подальше от активных коробок отбора мощности (ВОМ), битеров, шнеков и выталкивателей.
3. Поддерживайте в рабочем состоянии все ограждения и щиты.
4. Не допускайте людей к задней и боковым сторонам разбрасывателя, так как тяжелые предметы, смешанные с навозом, могут выбрасываться на расстояние до 30 м.
5. Избегайте опасных операций по отсоединению, предотвращая засорение разбрасывателя:
- Не допускайте попадания камней, досок и других предметов в разбрасыватель.
- В морозную погоду перед началом работы убедитесь, что цепы и цепи на цеповых разбрасывателях не затянуты и не замерзли.
- Поддерживайте цепи и битеры на разбрасывателях в хорошем рабочем состоянии, заменяя растянутые цепи и избегая падения груза замороженного навоза на цепи разбрасывателя.
- Никогда не влезайте в работающий разбрасыватель для его очистки.
- Следите за тем, чтобы разгрузочный шнек и разгрузочный шнековый пресс на разбрасывателях с V-образным баком работали свободно.
- В холодную погоду очищайте внутреннюю часть разбрасывателя, чтобы влажный навоз не заморозил движущиеся части.
6. Соблюдайте правила техники безопасности при работе с трактором и механизмом отбора мощности.
7. Убедитесь, что предохранительный клапан на разбрасывателях с закрытым баком работает, чтобы избежать чрезмерного давления.
8. При отсоединении разбрасывателя от трактора убедитесь, что домкрат, удерживающий вес дышла разбрасывателя, закреплен и зафиксирован, чтобы предотвратить падение разбрасывателя.
9. Если разбрасыватель создает переносимую по воздуху пыль или аэрозоли, используйте средства защиты органов дыхания.
Источник: Deere & Co., 1994 г.