DOI: 10.34677/1728-7936-2019-3-27-35
title: MODELING PROCESSES OF СENTRIFUGAL SEPARATION AND ULTRAFILTRATION OF WASTEWATER ON LIVESTOCK FARMS
title: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ И УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ СТОКОВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ

description: Ecologization of animal husbandry is determined by the effi ciency of manure disposal in agricultural fi elds. Manure effl uents are formed as a result of livestock keeping without litter and they contain pathogenic bacteria, helminth eggs and larvae. For the treatment of manure effl uents as multicomponent substances, the authors have proposed a technology including their separation into solid and liquid fractions in a precipitation centrifuge with a screw sediment discharge and subsequent deworming of the liquid fraction in an ultrafi ltration installation. To evaluate the effectiveness of the technology, the methods of mathematical modeling were applied. The methods are based on both original approaches to the centrifugation process with the determination of local fractional degrees of capturing and the integral degree of cleaning, and conventional ones consisting in the ultrafi ltration process based on the diffusing of a substance through a semipermeable partition under the action of a pressure gradient. The research was carried out in a livestock breeding farm enterprise. According to the results of mathematical modeling, it was established that for a given performance
of 3…4 m3/h all considered centrifuges of the ОГШ type provide 97% degree of manure removal from the solid fraction, while according to the energy effi ciency criterion, it is advisable to recommend the ОГШ-202K-03 machine with the drive power of 5.5 kW. It was found that to clean the liquid fraction from pathogenic microorganisms, an increase in the operating pressure p from 0.1 to 0.7 MPa is accompanied by a decrease in the area F of the membrane fi lter partition of the МФАС-Б-4 and МФАС-П-2 type from 78.2 to 11.2 m2 for membrane type МФАС-МА-6 – respectively from 33.0 to 4.7 m2. It was found that at an operating pressure
of 0.2 MPa, according to the criteria of energy intensity of the process and material capacity of the ultrafi ltration installation, it is advisable to use a МФАС-П-3 membrane type with a fi lter partition area of 2.73 m2.
description: Экологизация животноводства лимитируется эффективностью утилизации на земледельческих полях навозных стоков, образующихся при бесподстилочном разведении сельскохозяйственных животных и содержащих болезнетворные бактерии, яйца и личинки гельминтов. Для обработки навозных стоков как многокомпонентных сред предложена технология, включающая разделение их на твёрдую фракцию и жидкую фазу в осадительной центрифуге со шнековой выгрузкой осадка и последующую дегельминтизацию жидкой фазы на установке ультрафильтрации. Для оценки эффективности технологии использованы методы математического моделирования с применением как оригинальных подходов в процессе центрифугирования с определением локальных пофракционных степеней улавливания и интегральной степени очистки, так и классических в процессе ультрафильтрации, основанных на диффундировании вещества через полупроницаемую
перегородку под действием градиента давления. Исследования проводились на примере племенного завода по разведению КРС. По результатам математического моделирования установлено, что при заданной производительности 3…4 м3/ч все рассматриваемые центрифуги типа ОГШ обеспечивают степень очистки навозных стоков от твёрдой фракции на 97%,  при этом, по критерию энергоэффективности, рекомендована машина типа ОГШ-202К-03 с мощностью привода 5,5 кВт. Определено, что для очистки жидкой фазы от патогенных микроорганизмов с увеличением рабочего давления от 0,1 до 0,7 МПа площадь фильтровальной перегородки мембран типа МФАС-Б-4 и МФАС-П-2 снижается с 78,2 до 11,2 м2, для мембраны типа МФАС-МА-6 – соответственно с 33,0 до 4,7 м2. Установлено, что при рабочем давлении 0,2 МПа, согласно критериям энергоёмкости процесса и материалоёмкости установки ультрафильтрации, целесообразно использовать мембрану типа МФАС-П-3, имеющую площадь фильтровальной перегородки 2,73 м2.
description: Keywords: process modeling, centrifugation, ultrafi ltration, manure effl uents, pathogenic bacteria and microorganisms, fertilizers, resource-effi cient machine technologies.
description: Ключевые слова: моделирование процессов, центрифугирование, ультрафильтрация, навозные стоки, болезнетворные бактерии и микроорганизмы, удобрения, ресурсоэффективные машинные технологии.
description: Библиографический список

1. Новиков С.А., Шевченко В.А., Соловьев А.М. [и др.]. Использование соломы и стоков животноводческих комплексов при возделывании зерновых культур // Плодородие. 2014. № 5. С. 32-34.
2. Просвиряк П.Н., Шевченко В.А., Цыбизов В.А. Технология использования жидких стоков свиноводческих комплексов при возделывании кукурузы в условиях Верхневолжья // Плодородие. 2011. № 6. С. 39-41.
3. Яковлев С.В., Прозоров И.В., Иванов Е.Н. [и др.]. Рациональное использование водных ресурсов. М.: Высш. шк., 1991. 400 с.
4. Киров Ю.А. Повышение эффективности процесса разделения навозных стоков свиноводческих ферм и комплексов на фракции совершенствованием способов и технических средств: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. Саратов, 2013. 42 с.
5. МУ 2156-80. Методические указания по осуществлению государственного санитарного надзора за системами сбора, удаления, хранения, обеззараживания и использования навоза и навозных стоков животноводческих комплексов и ферм промышленного типа. Утв. 12.03.1980. 17 с.
6. РД-АПК 1.10.15.02-17. Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета. М., 2017. 167 с.
7. Голованчиков А.Б., Новиков А.Е., Филимонов М.И. [и др.]. Моделирование гидродинамических процессов в центробежном поле гидроциклонов: Монография. Волгоград, 2017. 200 с.
8. Голованчиков А.Б., Новиков А.Е., Филимонов М.И. [и др.]. Физическое и математическое моделирование процессов центрифугирования: Монография. Волгоград, 2018. 157 с.
9. Максименко В.П., Зайцев С.А. Регулирование качества поливной воды на оросительных системах // Природообустройство. 2011. № 5. С. 15-20.
10. Телюбаев Ж.Б. Повышение качества переработки отходов животноводства для получения удобрений // АПК России. 2017. Т. 24. № 2. С. 508-515.
11. Turner C., Burton C. H. The inactivation of viruses in pig slurries: A review. Bioresource Technology. Vol. 61. Issue 1, July 1997, Pр. 9-20. DOI: https://doi.org/10.1016/S0960-8524(97)84693-7.
12. Dong L., Cao G., Guo X. et al. Efficient biogas production from cattle manure in a plug flow reactor: A large scale long term study. Bioresource Technology. 2019. Vol. 278. Pp. 450-455. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.01.100
13. Azevedo A., Fornasier F., Silva M. et al. Life cycle assessment of bioethanol production from cattle manure. Journal of Cleaner Production. Vol. 162. 20 September 2017, Pр. 1021-1030. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.06.141
14. Yuan X., He T., Cao H. et al. Cattle manure pyrolysis process: Kinetic and thermodynamic analysis with isoconversional methods. Renewable Energy. Vol. 107.  July 2017. Pp. 489-496. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.02.026
15. Vancov T., Schneider R.C.S., Palmer J. et al. Potential use of feedlot cattle manure for bioethanol production. Bioresource Technology. Vol. 183, May 2015. Pp. 120-128. DOI:  https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.02.027
16. Тимонин А.С., Божко Г.В., Борщев В.Я. [и др.]. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки. Калуга: Изд-во «Ноосфера», 2017. 948 с.
17. Микрофильтрационные мембраны типа МФАС-М. Режим доступа: http://www.vladipor.ru/catalog/&cid=001 (дата обращения 24.02.2019).