Животноводческие фермы, так же как и промышленные предприятия, загрязняют окружающую среду.
Опасность для окружающей среды и здоровья человека представляют навоз и навозосодержащие стоки, а также вентиляционные выбросы из животноводческих помещений и сооружений для обработки и хранения навоза.
Молочная ферма на 1000 коров средней продуктивности ежедневно выбрасывает в атмосферу более 6 т углекислого газа, почти 10 т водяных паров, значительное количество аммиака и других газов, производит около 40 т навозосодержащих стоков и 55 т экскрементов.
Из вентиляционных выбросов опасность представляет углекислый газ, повышенное содержание которого в атмосфере Земли приводит к потеплению климата вследствие парникового эффекта. По статистическим данным только в сельскохозяйственных предприятиях Российской Федерации насчитывается 13,5 млн голов крупного рогатого скота или примерно 8,5 млн так называемых условных голов, каждая из которых выделяет 1825 кг CO2 в год. Нетрудно подсчитать, что эти предприятия ежегодно выбрасывают в атмосферу 15,5 млн т углекислого газа. Учитывая, что мировая цена тонны парникового газа в настоящее время близка к 20 евро, ущерб от совокупного выброса CO2 предприятиями крупного рогатого скота России может быть оценен в 11,5 млрд руб.
Стоки крупной животноводческой фермы по количеству загрязнений равнозначны стокам большого поселения, причем животноводческие стоки очищать гораздо труднее, чем хозяйственно-бытовые, так как их загрязненность в 300 раз выше, чем стоков городской канализации.
Поскольку проблема использования отходов животноводческих ферм без ущерба для окружающей среды связана с нарушением естественных экологических связей между животными и растениями, ее решение следует искать в рациональном сочетании животноводства с интенсивным растениеводством, что позволит утилизировать отходы этих отраслей с наибольшим эффектом.
Самое интенсивное растениеводство — это растениеводство защищенного грунта: теплицы и оранжереи. Каждый квадратный метр почвы используется здесь весьма эффективно и, что особенно важно, практически круглый год. Это требует бесперебойного снабжения ее водой и удобрениями. И то и другое содержится в навозосодержащих стоках доильных залов молочных ферм. По составу они близки к питательным растворам, применяемым в защищенном грунте.
В среднем на полив 1 м2 теплицы расходуется 2-5 л воды в сутки. Это значит, что на 1 га ежедневно требуется 20-50 т подготовленных стоков, в то время как в открытом грунте такое количество может быть использовано лишь в течение всего сезона. Таким образом, защищенный грунт может служить весьма емким потребителем жидких удобрений, полученных в результате обработки навозосодержащих стоков. Большие перспективы в этом направлении открывают системы подпочвенного полива, поскольку это позволяет существенно снизить требования к очистке стоков и более безопасно в санитарно-гигиеническом отношении. Перспективным представляется также использование подготовленных стоков в качестве питательной среды в гидропонных установках.
Объединение технологического цикла молочной фермы и теплицы может дать большие выгоды как в животноводстве, так и в растениеводстве. Его экономический эффект заключается, с одной стороны, в упрощении и удешевлении процессов очистки навозных стоков, с другой — в экономии химических удобрений и повышении урожайности и качества продукции за счет полноценного питания растений.
Проведенная в производственной теплице проверка технологии обработки и использования навозосодержащих стоков, разработанной и запатентованной в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, показала ее высокую эффективность. Например, количество цветков калл в опыте было на 15%, а цветков роз — на 27% больше, чем при выращивании по обычной технологии с использованием минеральных удобрений. По результатам исследований использование этих стоков при выращивании зелени и цветочных культур в теплицах позволяет сократить потребность в минеральных удобрениях на 30-40%, потери питательных веществ на 50-70% и предотвратить загрязнение окружающей среды. Как показывают расчеты, энергетический потенциал сточных вод составляет около 90 МДж на одну корову в сутки. Использование обработанных стоков для полива и подкормок растений в теплицах позволяет на 37% снизить энергозатраты на эти процессы.
Выделяемый животными углекислый газ, выбрасываемый в атмосферу вентиляцией, может быть использован для углекислотной подкормки растений в культивационных сооружениях. Расчеты показывают, что при интенсивном фотосинтезе растения, произрастающие на 1 м2 теплицы, потребляют такое количество углекислого газа, которое выделяется животными, размещаемыми на площади 8 м2.
В результате производственных опытов, проведенных на молочной ферме на 1200 коров, установлено, что атмосфера коровника способствует росту и развитию цветочных культур. Высота растений, находящихся непосредственно на ферме, увеличилась на 11%, общая масса — на 60%, а количество стеблей — на 198%, т. е. почти в два раза больше, чем на контроле. Энергетический потенциал NH3 и CO2, выделяемых одной средней коровой, составляет 95,3 МДж в сутки.
Существенную экономию можно получить также за счет рационального использования выделяемого животными тепла. Загрязненный воздух пропускается через очиститель, где освобождается от пыли, вредных газов и запахов и подается в теплицу. Выделенный в очистителе аммиак (NH3) и углекислый газ (CO2) используются для корневой подкормки растений. Для этих же целей, после соответствующей подготовки, используются стоки доильного зала. Оставшийся в воздухе углекислый газ поглощается листьями растений. Очищенный воздух через теплоутилизатор снова подается в коровник.
Навоз после его обработки в биореакторе является ценным органическим удобрением для полей и не представляет угрозы для природы. Но выделяемые при биотермической обработке газы опасны и должны быть утилизированы аналогичным образом.
Руководствуясь предложенной концепцией, ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии разработал пилотные технологические проекты экологически безопасных молочных ферм разной мощности. Разработаны также проектные предложения по созданию безотходной роботизированной фермы с доением коров с помощью доильных роботов, размещенных непосредственно в секции для лактирующих коров.
В качестве примера приведена схема экологически безопасной фермы на 100 коров со шлейфом. В здании по одну сторону кормового стола размещены секции для дойных и сухостойных коров, а по другую сторону — секции для телят и ремонтного молодняка. Животные всех технологических групп, за исключением телят профилактория, имеют свободный выход на кормовыгульные дворы для инсоляции и моциона. Отелы коров производятся в денниках, а зооветеринарное обслуживание — в санитарной зоне вблизи доильного зала. Взвешивание лактирующих коров предусмотрено в скотопрогоне, ведущем из доильного зала, молодняка — при выходе на кормовыгульные дворы с помощью переносных электронных весов. Кормление коров и молодняка предусмотрено полнорационными кормосмесями в соответствии со средней продуктивностью или планируемым приростом и фазой биологического цикла животных каждой технологической группы. Приготовление, доставка и раздача кормосмесей на кормовой стол производится мобильным раздатчиком-смесителем. Для дифференциации уровня кормления с учетом продуктивности и фазы лактации коров предусматривается применение автоматических станций кормления комбикормом. Доят коров на автоматизированной доильной установке «Елочка 2×8» в доильном зале, оборудованном селекционными воротами и АСУ. Уборка навоза из секций предусмотрена автоматизированными скреперными установками с программным управлением при кратности их включения 6-8 раз в сутки. Для сбора, накопления и выгрузки навоза в промежуточный навозоприемник предусмотрен шнековый конвейер КНШ-300. Из промежуточного накопителя навоз с помощью насоса перекачивается в навозохранилище, где хранится в течение полугода, а затем вывозится на поля и вносится в почву. При соблюдении правил эксплуатации система навозоудаления обеспечивает хорошее санитарное состояние территории фермы, позволяет существенно сократить количество воды, затрачиваемой на мытье скотопрогонов и вспомогательных помещений, и, тем самым, уменьшить выход навозосодержащих стоков. Использование этих стоков после их предварительной обработки для удобрительного полива растений, например роз, в прифермской оранжерее позволит ежегодно поставлять на реализацию около 15,5 тыс. этих достаточно дорогих цветов, что не только обезопасит окружающую среду от загрязнения, но и ускорит окупаемость капиталовложений. Оранжерея позволит также рационально использовать выделяемые животными тепло, влагу и углекислый газ, что уменьшит их выбросы в атмосферу, будет способствовать повышению урожайности растений и снижению себестоимости их выращивания. При двухсменной организации труда ферму обслуживают три человека, включая управляющего.
Значительная часть территории России расположена на севере. Люди, работающие в суровых климатических условиях, крайне нуждаются в полноценной здоровой пище, прежде всего в натуральном молоке и овощах, произведенных в непосредственной близости от поселений без добавок и консервантов.
Для решения этой задачи при условии охраны чрезвычайно чувствительной северной природы от загрязнения разработаны технологические проекты безотходных молочных ферм на 400 и 600 коров. В проектах использованы наиболее эффективные технологические и технические решения, в том числе разработанные институтом новые, защищенные патентами Российской Федерации методы утилизации отходов животноводства в замкнутом цикле предприятия:
1. Рациональное объемно-планировочное решение фермы, обеспечивающее комфортные условия как для обслуживающего персонала, так и для животных, кратчайшие непересекающиеся пути самопередвижения коров внутри технологических зон, сокращение площади наружных ограждающих конструкций здания в 2,6 раза по сравнению с типовой фермой такой же мощности.
2. Эффективные технологии содержания и обслуживания коров малыми технологическими группами.
3. Автоматизированный доильный зал с установкой типа «Карусель», оборудованный селекционными воротами, санитарной зоной и АСУ процессами доения, кормления и зооветеринарного обслуживания.
4. Координатный электрифицированный агрегат «Аккорд», обеспечивающий доставку и раздачу кормов животным, подгон их в доильный зал, очистку проходов секций от навоза и внесение подстилки в боксы. При этом за один проход агрегат выполняет две или три операции, что способствует увеличению продолжительности отдыха коров, а следовательно, их продуктивности. Машина не выходит за пределы производственного блока, что обеспечивает экономию тепла и поддержание заданных параметров микроклимата. Агрегаты типа «Аккорд» в течение многих лет работают во Владимирской и Ленинградской областях, Брестской области Республики Беларусь.
5. Сочетание интенсивного животноводства с интенсивным растениеводством, что позволяет рационально использовать выделяемые животными тепло и углекислый газ, а также стоки доильного зала, сделать предприятие безотходным, более чем вдвое уменьшить теплопотребление фермы и, тем самым, снизить энергоемкость и себестоимость производства молока.
При расчетной продуктивности 8000 кг молока на корову в год производство молока на ферме на 400 лактирующих коров составит 3840 т в год или 10,5 т в сутки.
Использование предварительно обработанных стоков доильного зала для полива и подкормки растений в прифермской теплице позволит поставлять на реализацию ежегодно 80-90 т овощей и зеленных культур и свыше 300 тыс. цветов, что обезопасит окружающую среду от загрязнения, ускорит окупаемость капиталовложений. Кроме того, прифермская теплица может также дать свыше 1800 т зеленого витаминизированного корма (1618 т кормовых единиц), что равноценно получению 1600 т молока в год.
При двухсменной организации труда ферму могут обслужить 15 человек, включая управляющего и подменных. Затраты труда персонала, непосредственно занятого обслуживанием коров, составят около 0,7 чел.-ч на тонну молока, что соответствует среднеевропейскому уровню.
Технология производства молока на безотходных фермах обеспечивает охрану природы от загрязнения, комфортные условия содержания коров при сокращении затрат труда в 2-3 раза, а совокупной энергоемкости — почти в 1,5 раза. Коэффициент энергетической эффективности производства возрастает на 61%. Радикально изменяется внешний вид и эстетическое восприятие молочной фермы.