Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства и продовольствия

Республики Беларусь

Витебская государственная академия ветеринарной медицины

Кафедра зоогигиены

КУРСОВАЯ РАБОТА

Санитарно- гигиеническая оценка и контроль окружающей среды животноводческих комплексов

Дисциплина: «Гигиена животных»

г. Витебск, 2011 г.

Животноводческие комплексы и их влияние на биогеоценоз

Одним из главных направлений развития животноводства является ее специализация и концентрация. Несмотря на некоторые отрицательные стороны концентрации животноводства в настоящее время она остается основополагающей, поэтому необходимо проводить работу по ее усовершенствованию. Наряду с этим следует отметить и негативные проблемы животноводческих комплексов - это нарушение биоценоза животноводческих комплексов нарушение биоценоза окружающей среды, возможность распространения инфекционных и инвазионных болезней в виду недостаточности проводимых работ и обеззараживанию навоза и сточных вод.

Отсюда вытекают и новые задачи по обеспечению нормальных условий для содержания животных в условиях интенсификации агропромышленного комплекса. Охрана окружающей среды в зоне расположения животноводческих помещений рассматривается в настоящее время как одна из важнейших задач, имеющих не только государственное, но и общебиологическое значение. Без научно обоснованной и целенаправленной работы в этом направлении рост животноводства будет невозможен. Необходимо заранее предусмотреть и разработать эффективные меры по безотходной технологии обеззараживания и использования навоза и навозных стоков.

В настоящем пособии освещаются многие используемые приемы и технологии переработки животноводческих отходов, их реконструкция, применяемая на передовых комплексах и хозяйствах. Наряду с этим, будущим ветврачам и зооинженерам АПК предоставляется возможность ознакомиться с проблемами санитарно-гигиенического состояния окружающей среды, в зоне расположения животноводческих комплексов и к каким последствиям может привести нарушение дисбаланса - «внешняя среда - организм». Кроме этого, дается описание этиологических факторов наиболее распространенных болезней, передающихся через почву, воду, атмосферу и их взаимосвязь с используемыми животноводческими комплексами. На основании научных исследований в области зоогигиены и экологических инструкций приводятся рекомендации по рациональному размещению животноводческих комплексов и необходимого контроля за их санитарным состоянием.

Биоценоз включает в себя совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющие данный участок суши, водоема. Подобные исторически сложившиеся биоценозы весьма стабильны и по составу, и по численности популяций. Практически не отличающееся от биоценоза есть еще термин “биогеоценоз”, представляющий собой комплекс функционального единства живого и неживого в разных климато-географических зонах (рис. 1). Термин “Биогеоценоз” (био - жизнь, гео- земля, ценоз - сообщество) впервые был предложен В.Н. Сукачевым в 1940 г. Биогеоценоз состоит из: 1) компонентов неживой природы - атмосфера, вода, почва, ил;

2) продуктов (производителей) - организмов, осуществляющих образование органических веществ из неорганических соединений (фотосинтез, хемосинтез, нитробактерии, серобактерии и др.);

3) консументы (потребители) - организмы, потребляющие готовые органические вещества продуцентов;

4) редуценты (разрушители) - организмы, разлагающие сложные органические вещества и переводящие их в неорганические соединения.

Живые и неживые компоненты биогеоценоза функционально связаны между собой и образуют единую целостную систему, которая поддерживается процессами обмена веществ в форме биотического круговорота. Различают природные биогеоценозы (выработаны в процессе эволюции) и искусственные (созданы под влиянием человека). Сюда относят животноводческие отходы ферм, комплексов, используемых как удобрение на полях, а растительная масса полей, лугов - для кормления животных. Все это обеспечивает биотический круговорот веществ и энергии. Однако, деятельность человека, направленная на максимальное получение продуктивности растений и животных, зачастую ведет к непредвиденным негативным последствиям. Появляются нежелательные виды растений, животных, сорняки, паразиты, возбудители новых болезней. Воздействие окружающей среды (изменение климата, почвы, воды, загрязняющей атмосферы и др.) никогда не ограничиваются изменениями численности одного или нескольких видов - они приводят к полной перестройке структуры данного биогеоценоза. Уничтожение старых и возникновение новых биогеоценозов - одна из основных проблем современной экологии.

Большую опасность для окружающей среды, а, следовательно, и для сохранения биогеоценоза представляют животноводческие комплексы, расположенные чаще всего на повышенных элементах рельефа, иногда у рек и водоемов. Очистные сооружения комплексов зачастую не справляются с уборкой и утилизацией навоза. Загрязнение в таких случаях может быть не только точечным, но и масштабным. Опасность представляют и выбросы аммиака и др. вредных газов в атмосферу. Последствием таких выбросов является увеличение кислотных дождей. Доля аммиака, выбрасываемого в атмосферу в результате сельскохозяйственной деятельности и участвующего в образовании кислотных дождей, может составлять более 23%. Причем эмиссия аммиака происходит, главным образом, при внесении навоза (53%), 35%- при хранении и 12% при выпасе скота.

Все отходы сельскохозяйственного производства, в т.ч. животноводства и растениеводства, в большинстве случаев попадают в почву. Почвенный покров - экран поглощения вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, сбрасываемых сточных вод и средств химизации, используемых в сельскохозяйственном производстве. В почве они, взаимодействуя между собой и с почвенным поглощающим комплексом, могут усилить или ослабить свое действие. В отличие от других природных сред почва обладает наименьшей способностью к самоочищению и восстановлению своего естественного состояния.

Экологическое состояние почвенного покрова является интегральным показателем уровня экологической чистоты технологий производства. Она же оказывает наиболее сильный прессинг на окружающую среду. Поэтому охрана почвы должна иметь одно из главных мест в решении проблемы окружающей среды.

Анализируя влияние животноводческих стоков на изменение биогеоценоза в районах размещения животноводческих комплексов, следует отметить, что зачастую размещение животноводческих комплексов не предшествовала оценка территории, отводимой под застройку по защищенности грунтовых вод. К этому необходимо добавить недостаточно совершенную систему навозоудаления, применяемую на комплексах, бессистемное внесение бесподстилочного навоза в почву в очень высоких дозах. Нарушается основной принцип земледелия - давать растениям столько питательных веществ, сколько они могут продуктивно использовать. Особенно это негативное влияние оказывает на биогеоценоз супесчаных почв. В итоге корма, почва и грунтовые воды загрязнялись нитратами, тяжелыми металлами и др. соединениями.

Почва является главным компонентом биогеоценоза. Она аккумулирует большинство веществ и энергию из биогеоценоза. В ней находятся продукты метаболизма растений и животных, а также минеральные вещества. Ритмика расхода и прихода веществ в почвах то усиливается, то ослабляется, что зависит от степени увлажнения, теплового режима, фауны и т.д. Важнейшим показателем оценки почвы является ее химический состав. Изменение физико-химического состава почвы вследствие нерационального землепользования приводит к нарушению биотичекого круговорота и является одной из причин развития эндемических болезней животных и человека.

На состав почвы и ее обсемененность микроорганизмами в значительной степени влияет вода. Загрязнение атмосферных и грунтовых вод различного рода минеральными и органическими веществами, микробами и другими простейшими организмами, негативно сказывается на свойствах почвы. Нарушается уже устоявшийся биогеоценоз. Особенно следует обратить внимание на источники воды, куда могут попасть отходы промышленного и сельскохозяйственного производства (удобрения, пестициды, гербициды, навозные стоки).

По данным экологических организаций в РБ большинство рек относятся к категории умеренно загрязненных. При этом используется индекс загрязненности воды по 7 бальной системе. Очень загрязнена вода в реках Березина, Свислочь, Оболь, Улла. Качество воды в реках З. Двина, Днепр и др. неудовлетворительное. Некоторые объясняют это тем, что бассейны этих рек расположены в России, но в то же время загрязнения этих рек на территории республики не уменьшаются, т.к. они дополнительно принимают в себя различного рода загрязнения: нефтепродукты, фенолы, соединения азота и тяжелых металлов. Например, в районе г. Витебска в воде р. З. Двина обнаружены соли аммонийного азота в 3 раза превышающие его предельно допустимые концентрации (ПДК), фенола - в 12,5 раз, меди в 5,3, цинка 2,9, марганца 7,5 ПДК.

Общую загрязненность воды рек и водоемов усугубляют животноводческие стоки ферм и комплексов.

Отходы животноводства в разной степени загрязняют почву, водную и воздушную среду. Степень загрязнения каждой из них зависит от количества скапливаемых отходов, способов их хранения, переработки и использования.

Отходы даже от небольших животноводческих хозяйств могут создавать антисанитарную угрозу для небольших озер, прудов, колодцев, когда хозяйства располагаются вблизи поверхностных водоемов.

Вызывает беспокойство и загрязнение атмосферного воздуха ферм и комплексов. Например, только от одного животного крупного рогатого скота и свиньи за год поступает аммиака, соответственно 23 и 4,5 кг, а также большое количество микрофлоры, в т.ч. болезнетворной, оказывающей негативное влияние как на животных, так и на человека. Отрицательное воздействие загрязненный воздух оказывает на свойства почвы и природных вод.

Источником загрязнения атмосферного воздуха могут быть не только животноводческие помещения, где содержится скот, но также навозонакопители, пруды-накопители, сооружения биологической очистки сточных вод, поля фильтрации и орошения, особенно при работе дождевальных установок.

Подсчитано, что на расстоянии 500-700 м от комплекса на 10 тыс. гол. крупного рогатого скота концентрация аммиака достигает 0,5 мг/м³, концентрация органических веществ (окисляемость) может превысить 22,4 мг О/м³.

Более высокие уровни загрязнения атмосферного воздуха характерны для свиноводческих комплексов. В пробах воздуха на расстоянии 100 м концентрация аммиака достигает 3-4 мг/м³, сероводорода - 0,112 мг/м³, меркаптанов 16,7 мг/м³. На свиноводческом комплексе на 108 тыс. голов в производственной зоне концентрация аммиака достигает 4-18 мг/м³, сероводорода - 3,5 мг/м³, органических веществ 40-50 мг/м³, пыли до 10 мг/м. Такой свинокомплекс выбрасывает за 1 час 1,5•10⁹ микробных тел, 159 кг аммиака, 14,5 кг сероводорода, 26 кг пыли от кормов.

Навоз и навозная жижа представляют собой реальную угрозу как объекты загрязнения окружающей среды и распространения инфекций. Необходимо отметить, что наибольшую опасность в этом отношении представляют навозные стоки. Твердый же навоз с небольшим содержанием воды складируется на поверхности грунта, где подвергается биотермической обработке, и не представляет большой угрозы. Навозные стоки, которые разводят водой для лучшего удаления навоза при гидросмыве, зачастую попадают в грунтовые воды и поверхностные водоемы. Разбавление навозных стоков водой резко ухудшает качество органических удобрений (в 5-7 раз), удлиняется срок выживания болезнетворной микрофлоры и яиц гельминтов, т.к. в них не происходят биотермические процессы. Происходит насыщение водоемов и грунтовых вод органическими и минеральными веществами, обсеменение рыб, раков и др. обитателей водоемов патогенными микроорганизмами. В сточных водах возбудители сальмонеллеза живут до 2,5 лет, туберкулеза - 1,5 года, ящура - 7 месяцев. Азотистые вещества, попадая со сточными водами в водоемы, способствуют интенсивному росту водной растительности (сине-зеленых водорослей), что приводит к нарушению биоценоза. В частности, ухудшается качество воды, нарушается кислородный режим, термогидродинамическая характеристика водоема. Кроме того, сине-зеленые водоросли, вызывающие “цветение воды” являются сами по себе ядовитыми и выделяют токсины в водную среду, что может послужить отравлению домашних животных.

Подсчитано, что при производстве 1 т свинины на комплексах расходуется почти 90 м³ чистой воды, причем на большинстве этих предприятий наблюдается ее перерасход на 30%, по отношению к проектным показателям. На свиноводческом комплексе на 108 тыс. гол. выход стоков достигает более 1 млн. м³. Учитывая, что в РБ 91% получаемого навоза находится в полужидком виде и что из-за отсутствия эффективного технологического оборудования эти отходы не проходят необходимую очистку и обеззараживание, то все это ведет к загрязнению окружающей среды. В связи с индустриализацией сельскохозяйственного производства появилась опасность попадания в окружающую среду новых, неизвестных ранее примесей, используемых в качестве пищевых добавок в рационе животных, или лечебно-профилактических препаратов. Значительный урон биогеоценозу приносит порочная практика внесения жидких органических удобрений поздней осенью или зимой, так называемое вневегетационное орошение.

Все вышесказанное подтверждает, что очистка и обеззараживание навоза и навозных стоков является насущной проблемой работников животноводства. Знание современных методов очистки сточных вод с наименьшими затратами и экологической безопасности является актуальным и необходимым для всех руководителей и специалистов сельского хозяйства любого уровня.

Методы очистки и обеззараживание навоза и навозных стоков

Хранение и обеззараживание твердого навоза проводят в навозохранилищах двумя способами: анаэробным и аэробно-анаэробным. Благодаря процессам брожения происходит увеличение температуры за счет термофильных микробов и гибель большинства микроорганизмов, находящихся в экскрементах животных. После обеззараживания навоз используется как удобрение.

Большего внимания необходимо уделять обеззараживанию жидкой фракции навоза. Наиболее эффективным является биологический метод обеззараживания сточных вод. В этом процессе могут участвовать бактерии двух видов: аэробы, развивающиеся в присутствии кислорода, и анаэробы, способные к жизнедеятельности без доступа кислорода. Биологический метод существенно снижает бактериальное загрязнение и содержание биогенных элементов (азота, фосфора, калия) в навозных стоках.

В свою очередь, биологический метод разделяется на естественный и искусственный способы.

К системам, использующим естественный метод очистки сточных вод, относятся:

сооружения по разделению сточных вод на фракции для использования жидкой части стоков на земледельческих полях орошения, а также на полях удобрительного полива;

сооружения по разделению сточных вод на фракции по использованию их жидкой части на рыбоводно-биологических прудах;

вывозка стоков на поля без предварительного разделения на фракции.

К сооружениям искусственной биохимической очистки навозных стоков относятся аэротенки и биофильтры различных типов, а естественной биохимической очистки - поля орошения, поля удобрительного полива, поля фильтрации, установки для торфокомпостирования.

В смешанные системы очистки и использования животноводческих сточных вод входят одно-, двухступенчатые биологические очистные сооружения и земледельческие поля орошения для использования биологически очищенных сточных вод.

Наряду с вышеназванными системами очистки и использования животноводческих сточных вод на некоторых свиноводческих комплексах и фермах используются сооружения и установки по переработке сточных вод на кормовые дрожжи, выращиванию на твердой фракции сточных вод личинок мух, обработке их в окислительных траншеях и метатенках, а также сушке и сжиганию.

Основы биологической очистки

Критерием биологической (биохимической) очистки является способность микроорганизмов в процессе жизнедеятельности подвергать минерализации органические вещества, находящиеся в навозных стоках. К сооружениям, обеспечивающим такой процесс утилизации жидкого навоза, относятся аэротенки. В аэротенках накапливается большое количество микроорганизмов, образующим скопления - активный ил. Он представляет собой мелкие хлопья, в состав которых входят бактериальные клетки, соединенные слизью. Помимо бактерий в активном иле присутствуют актиномицеты, дрожжи, грибы, простейшие и другие представители фауны - личинки насекомых, клещи, черви и т.д.

К аэротенкам относятся окислительные пруды и траншеи, в которых поддерживается доза ила в количествах 5 г/л и больше.

Условия жизнедеятельности микроорганизмов оказывают значительное влияние на скорость окисления загрязнений сточных вод. Снабжение кислородом является одним из важных факторов, влияющих на условия обитания микроорганизмов активного ила.

Скорость потребления кислорода активным илом практически не зависит от концентрации растворенного кислорода, но только до тех пор, пока последняя остается выше критической величины и не превышает 1-2 мг/л.

Интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов в значительной степени зависит от температуры среды, в которой они обитают. Для большинства микробов активного ила величина оптимальной для жизнедеятельности температуры лежит в пределах +20-30⁰С, а для термофильной микрофлоры - +30-60⁰С.

Низкие температуры, наряду с понижением скорости очистки, тормозят процесс адаптации бактерий к новым видам загрязнений, снижают процессы нитрификации. Отрицательное воздействие на процесс очистки сточных вод в аэротенках оказывает повышенное содержание в ней минеральных солей. Максимальный уровень их должен быть не более 10 г/л.

Простейшие организмы, находящиеся в сточных водах, живут за счет потребления бактерий и взвешенных органических веществ. Им принадлежит решающая роль в снижении количества патогенных микроорганизмов. Так, по данным Н.С. Золоторевой (1966), наличие в активном иле обильной фауны простейших обеспечивает задержку развития E. Coli на 95-97%, уменьшает биохимическое потребление кислорода (БПК).

Под биохимическим потреблением кислорода подразумевают количество кислорода (в мг/л), требующегося для окисления органических веществ аэробными бактериями при температуре 20⁰С (без учета расхода кислорода на нитрификацию).

В бытовых сточных водах полное потребление кислорода бактериями наступает практически через 20 суток, что и определяет величину БПК₂₀ или БПК_полн. Для сокращения срока анализов определяется БПК₅, т.е. величина 5-суточной потребности в кислороде, которая составляет в среднем 70% от величины БПК₂₀.

Смесь твердых и жидких экскрементов, без добавления воды, имеют в среднем БПК₅ - 44770,0, животноводческие стоки свинокомплексов, где используют гидросмыв навоза, БПК₅ - 4500,0 мг/л.

Некоторые микроорганизмы в навозных стоках обладают способностью к быстрому размножению, в результате чего они поглощают большое количество загрязнений, находящихся в стоках. Они используют в процессе своей жизнедеятельности органические вещества, окисляют минеральные вещества (сульфиды, аммонийные и др. соли).

В процессе биохимической очистки сточных вод органические вещества минерализуются до образования углекислоты и воды. Гидролиз белков осуществляется под действием протеолитических ферментов. Кроме этого аминокислоты разрушаются грибами, актиномицетами и бактериями с образованием свободного аммиака, поэтому этот процесс называется аммонификацией. В природных условиях аммиак потребляется растениями или преобразуется микробами в азотистую кислоту. Этот процесс называется нитрификацией.

Процесс нитрификации протекает в две фазы. Первая фаза - окисление солей аммония в нитриты под воздействием Nitrosomonas europasa (мезофильные, термофильные и психрофильные формы). Благоприятная среда обитания для нитрифицирующих бактерий находится в интервале рН 7,0-8,6. Nitrosomonas способны окислять аммиак, мочевину, мочевую кислоту, гуанин, но органические вещества они не употребляют. Более того, последние способствуют угнетению роста нитрифицирующих бактерий. Во второй фазе нитрификации происходит окисление образовавшихся в первой фазе солей азотистой кислоты под влиянием бактерий Nitrobacter Winogradski.

Весь этот процесс можно представить в виде следующих реакций:

2NН₄ + SO₂ > 4Н + 2NO₂ + 2Н₂О

2NO₂ + О₂ > 2NO₃

В кислой среде Nitrobacter не развивается. На интенсивность нитрификации влияет соотношение углерода и азота в среде. При наличии избытка органических веществ аммиак используется конкурентами нитрифицирующих бактерий. Кроме того, гетеротрофные бактерии усиленно поглощают необходимый нитрификатором кислород. Пока в очищаемых сточных водах присутствуют органические вещества и интенсивно развиваются гетеротрофные бактерии, нитрификация подавлена. Появление нитратов свидетельствует о том, что основная часть органических веществ уже минерализована. Поэтому в качестве индикатора окончания процесса биохимической очистки сточных вод на очистных сооружениях является отношение нитрифицирующих бактерий к органическим веществам.

В анаэробных условиях нитриты и нитраты способны отдавать кислород для биохимического окисления присутствующих в сточных водах органических веществ. Этот процесс восстановления нитратов и нитритов носит название денитрификации. Денитрификации принадлежит значительная роль в процессах очистки сточных вод на полях орошения, фильтрации, удобрительного полива, в аэротенках, в зонах застоя, где наблюдается дефицит кислорода.

Для очистки животноводческих стоков широко используются биологические пруды. Процесс очистки сточных вод в них складывается из следующих этапов: механического осаждения, биофлотокоагуляции, аэробного окисления, анаэробного распада, метанового брожения, фотосинтеза и других. Биоценоз прудов формируется под влиянием экологических факторов, определяющим условия жизни микро- и макроорганизмов, а именно: количество и качество поступающих загрязнений, климатические условия и содержание кислорода. В зависимости от этого различают анаэробные, аэробные и факультативно анаэробные пруды.

К анаэробным относятся пруды у которых БПК 330-550 кг/га в сутки. На глубине 2,5 м и более анаэробные условия создаются в природных слоях воды, когда в поверхностных слоях воды имеется избыток кислорода. В анаэробных прудах очистка сточных вод происходит в основном за счет процессов метанового брожения. При этом водоросли и микрофауна отсутствуют, образуется большое количество дурнопахнущих газов.

Сточные воды на выходе из анаэробных прудов требуют доочистки в аэробных прудах, т.к. они характеризуются высокими показателями БПК.

Более успешно для очистки сточных вод используются факультативно аэробные, или аэробно-анаэробные пруды. В поверхностных слоях таких прудов интенсивно протекает фотосинтез и вода перенасыщается кислородом, в придонных слоях глубоких прудов он отсутствует, идет метановое брожение и восстановление сульфатов. Поступление кислорода в аэробно-анаэробные пруды из атмосферы незначительно.

Основная роль в очистке сточных вод в таких прудах принадлежит протококковым водорослям и различным бактериям. Кроме этого в прудах обитают простейшие черви, рачки, коловратки, насекомые и т.п.

Аэробные пруды - это сооружения, в воде которых высокая концентрация кислорода поддерживается за счет искусственной аэрации. Эти пруды рассчитаны на кратковременное пребывание сточных вод (1-3 суток). В аэрируемых прудах достигается высокая степень очистки сточных вод не только от органических, но и бактериальных загрязнений.

Достаточно широко используется для очистки сточных вод ее фильтрация через почву. Этот способ является самым доступным. Сущность его состоит в том, что навозные стоки, не полностью очищенные и обеззараженные после искусственной биологической очистки, при внесении в почву подвергаются новому биологическому воздействию. В процессе биохимической очистки, происходящей в почве, сложные органические вещества, содержащиеся в навозных стоках, превращаются в более простые химические соединения (сульфаты, фосфаты, окись углерода, нитраты и др.). Одновременно навозные стоки освобождаются от патогенных микроорганизмов, и яиц гельминтов.

В процессе фильтрации количество загрязнений переходит в нижележащие слои. При этом глубже всех проникают хлориды и нитраты, ближе к поверхности - нитриты, аммиак и растворенные органические вещества, еще ближе - бактерии и яйца гельминтов. Во время фильтрации навозных стоков через почву промежутки между плотными частицами почвы заполняются как взвешенными частицами, так минеральными и органическими коллоидами. По мере уплотнения почвы она через некоторое время становится непроницаемой для проникновения бактерий. Часть микроорганизмов, поглощенных почвой, выживает и участвует в микробиологических процессах, другая часть погибает под влиянием внешних факторов и факторов биологического характера.

В процессах очистки сточных вод на полях фильтрации большая роль принадлежит бактериям и почвенным грибам. Особое значение имеют нитрифицирующие бактерии, которые выполняют функцию «консервирования» кислорода. При проникновении нитратов в нижние слои почвы в анаэробных условиях происходят процессы денитрификации, при этом образуется кислород, который используется для окисления проникших в глубокие слои почвы органических веществ. В верхних слоях почвы, куда проникает кислород на глубину 20-30 см, активно идут процессы минерализации органических веществ в аэробных условиях.

На полях орошения очистке сточных вод способствуют и высшие растения. Они удаляют из почвы биогенные элементы, усваивают соли аммония. Корни растений улучшают структуру и аэрацию почвы, а корневая ризосфера способствует развитию специфической микрофлоры, оказывающей положительное действие на очищение почвы от загрязнений. В результате антагонизма погибает значительное количество бактерий кишечной группы и в большей мере сохраняется сапрофитная микрофлора, которая также способствует процессам минерализации органических веществ.

Эффективность очистки навозных стоков зависит от фильтрационной способности почвы. Поэтому поля фильтрации следует располагать на песчаных и супесчаных почвах.

Поля орошения и фильтрации представляют повышенную опасность как в санитарном, так и в эпидемическом отношении, особенно в зимнее время, когда замедлены или прекращены все биологические и химические процессы в почве. Поэтому их можно использовать только в теплое время года.

Очистка животноводческих стоков в аэротенках

К искусственным методам очистки сточных вод комплексов относятся биологические очистные сооружения - аэротенки с механической, пневматической или смешанной аэрацией. Эти сооружения включают в себя три ступени очистки сточных вод. Первая ступень - очистка животноводческих стоков от основного количества органических соединений, вторая - доочистка сточных вод до параметров, позволяющих сбрасывать их в проточные поверхностные воды. На этой ступени очистных сооружений все стоки должны очищаться по БПК₅ и по взвешенным веществам до 15-20 мг/л. Пройдя хлорирование и дополнительную фильтрацию стоки доочищаются по БПК до 3-5 мг/л и далее сбрасываются в поверхностные водоемы.

На третьей ступени очистки в состав биологических очистных сооружений дополнительно сооружают аэротенки-отстойники с пневмомеханическими аэраторами. Животноводческие сточные воды перед поступлением в аэротенки-отстойники подвергаются механической очистке на виброгрохотах и вертикальных отстойниках. Эффективность очистки сточных вод при этом достигает по взвешенным веществам до 95,5%.

Начало процессов нитрификации отмечается уже в аэротенках первой ступени, во второй ступени очистки идет увеличение химически связанного кислорода в форме нитритов и нитратов, что позволяет очищать стоки в аэротенках-отстойниках третьей ступени без подачи воздуха, а только с использованием активным илом химически связанного кислорода.

Проведенные исследования доказали эффективность двухступенчатых биологических очистных сооружений, которые, в соответствии со схемой используются при очистке сточных вод.

Трехступенчатая биологическая очистка животноводческих сточных вод

Удаление навоза > Разделение на выбростоках > Твердая фракция

гидросмывом

v v

жидкая фракция удобрения

v

аэротенк

v

вторичный отстойник

v

аэротенк

v

третичный отстойник

v

биопруды проточные

v

орошение или рыборазведение

В последнее время за рубежом применяют биотехнологические процессы по выращиванию червей, созданию из навоза вермикомпоста. Сточные воды используются для выращивания витаминных кормов гидропонным методом. С 1м² площади гидропонного устройства за 10 сут. получают 20-25 кг зеленой массы (А.И. Асоков, 1999 г.).

В Чехии осуществляют гидролиз навозных стоков при высокой температуре, что ведет к образованию сахаров и др. компонентов, используемых в качестве кормовых добавок и субстратов для выращивания дрожжей. Твердые осадки используются как удобрение. В основном это и есть безотходная технология переработки навоза.

Искусственные методы очистки животноводческих сточных вод имеют ряд преимуществ по исходным показателям завершения очистки. Однако в процессе работы биологических очистных сооружений образуется активный ил в количестве до 20% от объема поступающих сточных вод, который довольно трудно использовать в хозяйствах, т.к. он не отдает влагу. Более того, очищенные сточные воды при этом не всегда соответствуют параметрам, позволяющим сбрасывать их в поверхностные водоемы.

Естественные методы очистки не требуют сложного технологического оборудования, просты в эксплуатации, позволяют использовать животноводческие стоки в качестве удобрения сельскохозяйственных угодий. Однако для этого требуются большие площади земель. Так, для использования всего объема животноводческих сточных вод от свинокомплекса производительностью 108 тыс. голов в год необходимо иметь 4 тыс. га полей, отвечающих требованиям земледельческих полей орошения. Требуют наличия значительных площадей и другие методы очистки стоков: поля удобрительного полива, внесение сточных вод под запашку. Необходимо также учитывать, что при использовании естественных методов очистки и доочистки сточных вод они могут оказывать отрицательное влияние на качество водных объектов и ухудшению условий водопользования населения.

Торфокомпостирование животноводческих стоков решает в некоторой степени вопрос утилизации навозных стоков, но не в полной мере. Во-первых, необходимо большое количество торфа влажностью не более 45-50% (для приготовления 1 т торфокомпоста необходимо 0,6 т торфяной крошки и 0,4 т животноводческих стоков). Для подвозки торфа и вывозки торфокомпоста необходимо большое количество транспортных средств. На больших свинокомплексах это почти невозможно, т.к. например, при годовом выходе животноводческих сточных вод около 1200 тыс. м³, хозяйству необходимо 1500 тыс. т торфяной крошки. Торфокомпостирование наиболее приемлемо на свинокомплексах по выращиванию и откорму не более 12 тыс. голов в год.

Получение торфокомпоста не ведет к обеззараживанию сальмонелл и глистных инвазий, находящихся в сточных водах. Это обусловлено тем, что торф замедляет биотермические процессы в торфокомпосте. Кроме того, при зимних перевозках торфокомпост сильно охлаждается, что еще более способствует сохранению жизнеспособности яиц гельминтов и патогенных микроорганизмов (А.А. Черепанов, 1972).

Проводя критический анализ существующих систем обеззараживания и очистки животноводческих стоков необходимо отметить наиболее удобный и эффективный метод биотехнологии. Он успешно внедрен в настоящее время в совхозе-комбинате «Борисовский» Минской области. Правда, он тоже далек от совершенства, т.к. требуется много чистой воды (ежедневно до 4000 м³) из подземных водоисточников. Этот метод можно использовать только в хозяйствах, где отсутствуют пахотные земли.

Система очистки сточных вод в совхозе-комбинате «Борисовский» основана на технологии ГНПП БИОКОС, в основе которой лежат процессы аэробной биологической очистки на базе создания условий формирования биоценозов активного ила с использованием физико-механического воздействия на этот ил и получения биополимеров, обладающих коагулирующими способностями. Этот метод позволяет уменьшить образование активного ила с получением дополнительного количества твердой фракции навоза, используемого для удобрения.

Наряду с этим следует отметить и второй путь технологии - неразбавленные животноводческие экскременты используются по прямому назначению, как удобрение для полей.

Вместе с тем необходимо отметить особенности использования навозных стоков в промышленном свиноводстве.

В зависимости от мощности свиноводческих комплексов применяют в основном четыре технологии:

1. - для поголовья 6-24 тыс. свиней в год. Навоз удаляется стационарными и механическими средствами в навозоприемники, а оттуда перегружаются в мобильные средства и транспортируются на поля под глубокую запашку или в навозохранилище с последующим использованиям на полях;

2. - на свинокомплексах до 54 тыс. голов в год при гидравлической системе навозоудаления, жидкая фракция поступает в жижесборники, а оттуда подается в горизонтальные отстойники-накопители, затем самотеком в пруды накопители, после чего транспортируется на поля орошения;

3. - на всех свиноводческих комплексах при гидравлической и самотечной системах навозоудаления периодического действия предусматривается разделение стоков на твердую и жидкую фракции; твердая фракция до 75% влажности вывозится на поля под запашку, жидкая - направляется в рыболовно-биологические пруды, где происходит дальнейший процесс биохимического очищения и использование сточных вод в оборотной системе навозоудаления, орошения или до сброса в водоемы при контроле наличия ПДК загрязняющих веществ до нормативных;

4. - на крупных свинокомплексах на 54, 108 тыс. голов в год и выше предусматривается очистка жидкой фракции в аэротенках циркуляционных каналах с последующим использованием светлой фракции на полях орошения или направляется для доочистки в рыбоводно-биологические пруды, а твердая фракция - в качестве удобрения под запашку или для приготовления компостов.

Все существующие и используемые в настоящее время системы очистки свиноводческих стоков и их обеззараживание не являются рациональными (Ю. Субботин, 1998).

Поэтому в каждом свиноводческом хозяйстве к вопросу очистки и обеззараживания животноводческих стоков необходимо подходить индивидуально с учетом климатических условий рельефа, водоресурсов, наличия пахотных и орошаемых земель и т.п.

Роль животноводческих комплексов в распространении болезней сельскохозяйственных животных

Выбросы животноводческих комплексов, в т.ч. загрязнение навозными стоками оказывают существенное влияние на состояние почвы, воздушного и водного бассейна окружающей территории. Это не может не влиять на биогеоценоз, а изменение последнего зачастую ведет к распространению заболеваний, как встречающихся раньше, так и совершенно новых в связи с изменением условий существования бактерий и вирусов. В связи с этим получила свое название и новая форма исследований - эколого-иммунологические (В.М. Шубик, 1976). Эта наука отражает состояние иммунитета человека и животных при их адаптации к новым условиям среды обитания, меняющихся в зависимости от климато-географических зон, так и загрязнений внешней среды. Отсюда вытекают и задачи этой отрасли науки - изучить общие закономерности перестройки резистетности организма и иммунной реактивности под действием внешней среды, возможность предвидения этих изменений и управление ими.

Экологическая иммунология развивается на стыке двух наук - экологии и иммунологии. Изменения внешней среды ведет к изменениям иммунного ответа в организме человека и животных (рис. 5). Контакт с химическими веществами, загрязняющие воздух на территории, прилегающей к животноводческим помещениям, обуславливает повышение заболеваемости как человека, так и животных. При этом в первую очередь страдают респираторные пути, т.к. аммиак, сероводород и др. газы, являющиеся продуктами разложения жизнедеятельности животных, раздражают слизистые оболочки дыхательных путей, вызывают десквамацию эпителия, оказывают местное и общетоксическое действие, явления бронхоспазма и, как следствие, застой секрета, его инфицирование с последующим развитием воспаления.

Химические вещества, загрязняющие воздух, способствуют развитию аллергических заболеваний у животных и человека, причем дозы, вызывающие сенсибилизацию, значительно меньше доз, оказывающих общетоксическое действие.

И, как следствие вышесказанного, в основе повышения заболеваемости лежит изменение иммунитета. Более того, нарушение нормального течения иммунологических процессов способствует повышению чувствительности к инфекционным заболеваниям и переходу их в хронические формы.

Популяции животных и растений обитают всегда в определенных условиях, которые складываются в результате сочетания ряда отдельных факторов, структуры и состава почвы, химического состава и количества воды, температурного и светового режимов. Большинство из этих факторов взаимосвязаны: химический состав грунтовых вод влияет на состав почвы и сам зависит от ее состава. С другой стороны, видовой состав и численность растений, бактерий, животных, находящихся на данной территории, оказывают влияние на состав почвы, воды и т.п. Данные факторы тесно взаимосвязаны. В практике животноводства и в литературе встречаются зачастую такие заболевания, которые ни в данном районе и даже регионе никогда ранее не регистрировались. Под влиянием изменения биоценоза обычная сапрофитная микрофлора проявляет новые свойства, во многие схожие с проявлением клиники инфекционных болезней. Изменяется генотип самого возбудителя. Любой биогеоценоз, каким бы он не был - естественный или искусственный, характеризуется своеобразием экологической обстановки, что накладывает отпечаток на возникновение, течение и исход болезней. Проводимые профилактические мероприятия по предупреждению заболеваний животных на комплексах иногда не дают желаемого результата. При вакцинации титр образуемых антител в организме бывает низким и, следовательно, эффективность такой работы значительно снижается. Проведенные нами опыты по профилактике у птиц болезни Ньюкасла в разных условиях содержания показали, что имеется прямая зависимость между микроклиматом помещений и напряженностью иммунитета.

Там, где микроклимат лучше, выше и антителообразуюшая функция у птиц. О влиянии условий содержания, в частности климата, можно судить и по таким мероприятиям, как профилактическая сезонная вакцинация свиней против рожи, вакцинация животных против сибирской язвы и т.д.

С нарушением биогеоценоза почвы, воды изменяется видовой состав трав, понижается биологическая продуктивность пастбищ, что ведет к снижению питательности рациона и его витаминно-минерального состава. Отсюда возникают болезни обмена веществ, снижающие продуктивность и резистентность животных, усугубляющие патологию той или иной системы в организме.

Нарушение природных связей: внешняя среда - организм привело к возникновению науки - биогеоценетическая патология, которая развивается у животных вследствие неблагоприятных изменений в биогеоценозе и их составных компонентах: почве, воде, воздухе и т.д.

При установлении болезней, чаще всего возникающих по характеру типа энзоотий, вначале внимательно изучается экологический анамнез, куда входит оценка биогеоценозов почвенных, водных, пастбищных и всех природных комплексов, связанных прямо или косвенно с животноводческими хозяйствами. Причиной болезней, выясненных в результате анамнеза, может быть длительное применение одних и тех же удобрений (органических и минеральных), приведших к изменению геохимической обстановки и возникновению эндемии. Вопрос зачастую опирается только лишь в пространство и время. Чем длительнее идет процесс загрязнения почвы, воды и атмосферы, тем скорее могут возникнуть заболевания, исход которых будет определяться восстановлением прежнего состава окружающей среды. Прогнозирование и борьба с планового рода энзоотиями может быть эффективной, если заранее разработать экологические модели биоценозов и затем найти наиболее оптимальное решение в проведении лечебно-профилактических мероприятий.

При экологической оценке системы содержания животных необходимо учитывать и факторы микроклимата (Б.Г. Молохов, В.Ф. Красота, 1998 г).

Контроль окружающей среды в зоне животноводческих комплексов

Проектирование, размещение и строительство животноводческих комплексов, как одних из причин нарушения экологической обстановки в хозяйстве или районе, должно согласовываться с представителями государственного надзора природных ресурсов и охраны окружающей среды. При этом необходимо учитывать почвенные, гидрологические, климатические и др. условия. Необходимо размещение и эксплуатацию животноводческих комплексов проводить с таким расчетом, чтобы предупредить загрязнение питьевой воды, используемых для человека и животных. В случае использования животноводческих сточных вод на полях нужно подсчитать общую площадь орошаемых земель, объемы накопителей, использование активного ила, общую площадь полей, пригодных для внесения под запашку активного ила и сырого осадка, учитывая при этом периоды года, когда можно использовать стоки на полях орошения и фильтрации. Необходимо также обращать внимание на уровень стояния грунтовых вод. Для понижения уровня стояния грунтовых вод следует предусмотреть подсыпку грунта, дренаж и др.

Устранение просчетов при размещении животноводческих комплексов, выборе системы удаления экскрементов из производственных помещений, очистке и использовании животноводческих сточных вод требует значительных материальных затрат. Часто они вообще неустранимы. В связи с этим необходимо уделять особое внимание предупредительному надзору за размещением, проектированием и строительством комплексов. Необходимо также иметь обоснование необходимых площадей сельскохозяйственных угодий для использования всего объема животноводческих сточных вод с учетом почвенных, гидрогеологических, гидрологических и климатических условий.

В случае использования животноводческих стоков для приготовления торфокомпоста должны быть расчеты потребности торфа (45-50% влажности), наличие транспорта для бесперебойного снабжения комплекса торфом. В районах, где отсутствуют земли, пригодные для использования даже биологически очищенных животноводческих стоков, необходимо предусмотреть строительство искусственных биологических очистных сооружений в комплексе с сооружениями по доочистки сточных вод, приведенных на рис 2,3,4. И других способов, описанных в том же разделе.

Необходимо знать, что максимальная мощность свиноводческих комплексов не должна превышать 24 тыс. голов, крупного рогатого скота - 3-5 тыс. голов, количество экскрементов и сточных вод при этом не вызывает того экологического напряжения, как в случае больших комплексов, и весь навоз очищается и используется как удобрение без ущерба природе. К примеру, для эффективного использования бесподстилочного навоза (твердая и жидкая фракция) на свинокомплексе 54 тыс. голов требуется не менее 2000-2400 га сельхозугодий, что весьма трудно найти. Подсчитано, что для полной очистки сточных вод необходимо обеспечить действующие комплексы сельхозугодиями исходя из нагрузки 16-20 свиней на 1 га.

При отсутствии таких площадей животноводческие комплексы, на которых удаление навоза осуществляется с помощью гидросмыва, размещать нельзя, т.к. это приведет к сбросу активного ила и сырого осадка в водоем.

Вывоз животноводческих сточных вод на поля спецавтотранспортом нежелателен. Практика эксплуатации показала, что сточные воды почти всегда сбрасываются на прилегающие к комплексам территории, а оттуда попадают в водоемы.

Высокая эффективность доочистки навозных стоков достигается в аэрируемых биологических прудах (16-20-суточное пребывание сточных вод). Однако необходимо знать, что эти сооружения могут эксплуатироваться при температуре не ниже +6 ⁰С. При более низкой температуре процессы биологической очистки резко затормаживаются вплоть до их полного прекращения.

Одним из перспективных методов очистки, обеспечивающих высокую эффективность животноводческих комплексов, может стать использование биоинженерных сооружений, где помимо почвенно-биологической технологии очистки стоков и физико-химических способов в конечную систему очистки включается каскад биоинженерных сооружений - прудов, насыщенных водорослями, высшей водной растительностью, зоопланктоном. При очистке на таких сооружениях в водоем поступают нормативно очищенные сточные воды.

Очень эффективна система очистки и обеззараживания в метатенках. В РБ смонтирована и работает пока только одна такая биогазовая установка марки КОБОС в агрофирме «Колос» Каменецкого района.

В систему противоохранной защиты комплексов должна обязательно входить система ветеринарно-санитарных мероприятий, способствующих снижению количества микрофлоры и вредных газов на территории и вокруг комплексов, создание санитарно защитных зеленых зон. В качестве подстилки использовать соломенную резку и проводить обеззараживание навоза биотермическим способом, максимально снизить расход воды на удаление навоза.

Практически на всех крупных животноводческих комплексах существуют карантинные помещения, куда поступают племенные животные из других хозяйств. Зачастую они бывают носителями зоонозных и глистных инвазий. В связи с этим необходимо всегда разрабатывать мероприятия по обеззараживанию животноводческих сточных вод карантинных ферм и -строго следить за их выполнением.

Для контроля за состоянием экологической обстановки на комплексах и вокруг него необходимо организовать постоянное наблюдение не реже 2-3 раз в квартал, проводить агрохимические анализы почвы, грунтовых вод и продукции, выращенных на полях, куда вносились отходы животноводческих комплексов. Достоверным доказательством очищения сточных вод являются лабораторный анализ исследуемых стоков на выходе с очистных сооружений и на сбросе их в водоем или накопитель. Поверхностные водоемы подлежат контролю выше и ниже места расположения сброса сточных вод. Желательно производить анализ воды в водоемах сразу после выпадения дождей, что позволит установить надежность по перехвату проникновения сточных вод с полей.

Санитарно-гигиенический контроль за состоянием воздушной среды на фермах и территориях, где они расположены, осуществляют общепризнанными методами. К изучаемым показателям следует отнести, в первую очередь, определение содержания вредных газов (СО₂ %, NН₃ и H₂S в мг/м³), микробную обсемененность воздуха, содержание пыли. Для комплексной оценки микроклимата используют биологические объекты (мыши, куриные эмбрионы, простейшие и др.) и по выживаемости этих особей судят о химическом и биологическом состоянии воздуха. Например, помещая мышей в отобранные пробы воздуха (параллельно ставят опыты с пробами чистого воздуха) следят за изменением жизнедеятельности мышей.

Для опытов на простейших (парамециум, тетрахимена) пробы воздуха пропускают через стерильную воду, а затем к капле этой воды добавляют 1 каплю простейших и по скорости их гибели оценивают качество воздуха.

Наличие вредных газов, пыли, микроорганизмов в воздухе можно оценить комплексно по формуле:

к₁ /К₁ + к₂ / К₂ +… к_n / К_n ? 1, где

к - обнаруженные концентрации вредно действующих начал;

К - МДУ (минимально допустимый уровень) для тех же показателей.

Суммарная концентрация этих веществ в долях от МДУ не должна превышать 1.

Наряду с этим необходимо всегда исследовать воду, прошедшую все этапы очистки, будь то физический, химический или биологический способы. К методам исследования относятся органолептический анализ (определение запаха, вкуса, прозрачности, цвета, мутности), химический - определение активной реакции воды (рН) с помощью индикаторной бумаги, лабораторного рН-метра или потенциометра, содержание органических веществ, нитритов, нитратов, хлоридов сульфатов солей тяжелых металлов и др. соединений. Интегральным показателем загрязнения воды является методика БПК₅ - биохимическое потребление кислорода воды, которое затрачивается на аэробное разложение органических веществ, содержащихся в исследуемой воде в течение 5 суток при температуре 20 ⁰С. Определяется эта величина по разности содержания растворенного кислорода в воде вначале исследования и через 5 суток.

По величине БПК₅ принята следующая классификация водоемов: 1. Очень чистый - потеря кислорода до 1 мг/л; 2. Чистый - 2 мг/л; 3. Довольно чистый - 3 мг/л; 4. Сомнительной чистоты - 5 мг/л; 5. Очень загрязненный - 10 мг/л и более.

Метод определения кислорода в воде по Винклеру

очистка навозный животноводческий биогеоценоз

Этот метод является наиболее доступным и его можно осуществлять практически в любой лаборатории.

Материалы и оборудование: склянки на 100-200 мл с притертой пробкой; бюретки, пипетки, конические колбы на 150-250 мл; мерные цилиндры на 100 мл; раствор хлористого марганца (40 мг Мn Cl растворяют в кипяченной дистилированной воде; раствор йодида калия (32 г Na OH и 10 г KI растворяют в кипяченной дистиллированной воде; раствор серной кислоты в разведении 1:3; или раствор тиосульфата натрия (2,48 г Na S₂ О₃ растворяют в 1 л дистиллированной воды); 0,2% раствор крахмала.

Ход исследования. В склянку, заполненную доверху исследуемой водой, вносят с помощью пипетки раствор Мn Cl₂ непосредственно на дно склянки. Другой пипеткой к пробе прибавляют под уровень воды в горлышке склянки раствор Na OH и KI. Растворы добавляют из расчета по 1 мл каждого на 100 мл исследуемой воды. Склянку закрывают, чтобы под пробкой не образовались пузырьки воздуха и тщательно встряхивают склянку с водой до образования хлопьевидного осадка. После этого в воду медленно добавляют 5-10 мл р-ра Н₂ SО₄ в верхнюю часть склянки. Склянку закрывают и перемешивают содержимое до полного растворения осадка. Затем содержимое из склянки переносят в коническую колбу на 250 мл и титруют тиосульфатом натрия до слабо-желтого цвета, после чего прибавляют 0,5-1,0 мл раствора крахмала и титруют до полного обесцвечивания.