Результаты исследований барабанного сепаратора в технологической линии по производству биоудобрений

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

Следует учитывать то, что полученные показатели загрузчика навоза отражают лишь условный экстремум с учетом только трех факторов, принятых при исследовании. Однако опыт эксплуатации реконструируемых ферм показывает, что на процесс выгрузки навоза оказывают существенное влияние множество факторов:

- нестабильность относительной влажности навоза как в течение суток, так и времени года, вид подстилки, нормы и периодичность ее внсения, конструктивные параметры (габариты) мобильных транспортных средств, системы содержания и возрастные группы животных и др.

Поэтому путем детального анализа полученной математической модели рекомендуются следующие параметры и режимы работы загрузчика навоза:

- при привязном подстилочном содержании животных W=75^80%, n=55^70 об/мин., а =30 град;

- при беспривязном содержании животных с минимальной нормой внесения подстилки W=82^92%, п=115Ы20 об/мин, а=30 град.

Получено 22.10.2007.

УДК 630.160.22: 621.928 А.В. ДИМИТРИЕВ

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БАРАБАННОГО СЕПАРАТОРА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ БИОУДОБРЕНИЙ

Представлено описание линии производства гранулированных биоудобрений на основе подстилочного куриного помета и приведен экономический эффект от их применения. Даны методы расчета барабанного сепаратора

Состояние сельского хозяйства России находится далеко не в самом выгодном экономическом положении. Изношенность, истощенность и стоимость основных ресурсов вызывает беспокойство и озабоченность рентабельностью производства основных видов продукции

150

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.

сельского хозяйства. Настало время использования удобрений с низкой стоимостью и высокой эффективностью производства.

В последнее время урожай сельскохозяйственных культур формируется на 80% за счет потребления элементов питания из почвенных запасов и только на 20% за счет внесения удобрений. Плодородие почвы - это обеспеченность ее элементами питания и совокупность физических, биологических, водно-воздушных свойств. Поэтому, когда происходит ухудшение химических показателей почвы, то это приводит к ухудшению других ее свойств.

Не имея возможности в полном объеме закупать требуемое количество минеральных удобрений для воспроизводства плодородия почв, следует обратить особое внимание на использование местных органических удобрений, которые оказывают решающее значение на пополнение в почве перегноя, улучшение всех других ее свойств.

Возможным сдвигом в сторону полноценного использования отходов сельского хозяйства будет совершенствование системы переработки отходов, эффективность полученных удобрений на уровне минеральных удобрений. Себестоимость и цена удобрения должны иметь разумные пределы с целью максимально снизить применение только минеральных удобрений и пестицидов при выращивании продуктов сельского хозяйства. При рассмотрении всего спектра органических удобрений и комплекса мероприятий по их использованию для улучшения экологической ситуации и плодородия сельскохозяйственных угодий рекомендации специалистов сводятся к применению комплексных концентрированных удобрений. Подобные удобрения можно получить на основе помета птицы.

Преимущества использования и достоинства птичьего помета в том, что помет представляет собой быстро действующее органическое удобрение. Кроме макроэлементов в его состав входят многие микроэлементы: марганец - 15-38 мг на 100 г сухого помета; цинк -12-39 мг; кобальт - 10-12 мг; медь - около 25 мг [1].

Выход птичьего помета и его состав на птицефабриках в основном зависит от технологии содержания птицы, устройства поилок, способа удаления экскрементов.

Преимущество куриного помета перед пометом других птиц вызвано большим содержанием азота и фосфора (табл. 1).

151

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

Таблица 1

Сравнительный состав птичьего помета, % на сырое вещество

Вид птицы Вода Азот Фосфор Калий Кальций

Куры 75 1,5 1,4 0,6 2,1

Утки 83 0,6 0,8 0,4 0,9

Гуси 83 0,5 0,5 0,8 0,6

Индейки 75 0,7 0,6 0,5 0,6

При хранении помета в чистом виде происходят большие потери азота. За два месяца они могут достигать 40% и более. При нарушении режима хранения теряется не только азот, но и другие элементы питания (органическое вещество, фосфор, калий и т.д.).

Ввиду высокой концентрации питательных веществ в помете и его активной микробиологической деятельности он, как правило, используется в виде составного компонента при производстве новых современных видов органических и органоминеральных удобрений. Если его применять в чистом виде, то он оказывает примерно такое же действие на качество урожая возделываемых культур, как и минеральные удобрения, при этом велика вероятность внесения семян сорных растений и патогенной микрофлоры. Внесение помета в повышенных нормах увеличивает содержание нитратов в кормовых культурах.

В период масштабных исследований по высушиванию помета, было установлено, что питательные вещества сухого помета хорошо усваиваются растениями. Коэффициент потребления содержащихся в нем азота, фосфора и калия может достигать соответственно 60, 30 и 80% от внесенного количества. Помет повышает содержание сырого протеина в зерне и зеленой массе кормовых культур. Под его влиянием в растениях возрастает содержание калия и почти не изменяется количество фосфора и сырой золы [1].

Насыщенность помета ценными микро- и макроэлементами обусловливает рациональное смешивание его с наполнителями для повышения эффективности использования. Опилки (основной компонент) обладают достаточно высокой биохимической устойчивостью по сравнению с органическим веществом отмерших растений, уступая по этому показателю только торфу. Это связано с наличием гуминовых кислот, которые, будучи продуктами микробиологической деятельности, трудно усваиваются микроорганизмами и поэтому медленно раз-

152

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.

лагаются. В торфе углеводы приобретают большую биохимическую устойчивость, несмотря на их доступность для микрофлоры в обычных условиях.

Высококачественные удобрения можно получить на линии производства гранулированных биоудобрений (рис. 1).

1 2 3 4 5 6

исходный продукт

смесь сепарированного продукта и минеральных удобрений

гранулированный на сушку гранулированный на фасовку

Рис. 1. Линия производства гранулированных биоудобрений:

1 - биоферментатор; 2 - барабанный сепаратор; 3 - дозатор; 4, 6 - транспортер; 5 - гранулятор; 7 - сушильная установка

В основу производства удобрений положен метод биоферментации - современный метод управления процессом компостирования с параметрами:

- удельный расход воздуха 4,5-6,0 м3/т компостной массы;

153

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

- температура подаваемого воздуха варьируется от 10 до 500С в зависимости от интенсивности процесса;

- время компостирования 5-7 суток - разогрев, далее - посуточно.

При этом влажность получаемой смеси 70-75%, рН - 6,5-7,5, соотношение C:N=20:1, содержание минеральных веществ - до 10% [2].

Основное оборудование линии - это биоферментатор (объемом 20м3), сепаратор (производительностью 1,5 т/ч), гранулятор (производительностью 1,0 т/ч).

Биоферментатор позволяет ускорить процесс компостирования, перепревания помета на опилках (подстилочного помета), уступая по скорости и времени обеззараживания лишь сжиганию с целью получения тепла.

Особенность процесса получения гранулированного биоудобрения заключается в необходимости отделения мелкой фракции от крупной и снижения влажности материала. Самым эффективным оборудованием для выполнения разделения биоудобрения на фракции является барабанный сепаратор, расчет параметров которого приведен ниже. Также в барабанном сепараторе с установленным на нем вентилятором и нагревательным элементом можно осуществлять снижение влажности биоудобрения с 70% после ферментатора, до оптимальной влажности 32-36%, необходимой для процесса грануляции. Это возможно, так как в барабанном сепараторе сепарирующим органом является цилиндрическое вращающееся сито, представляющее собой продуваемую воздухом поверхность. Кроме этого сепарация может использоваться как стадия подготовки биоудобрения к расфасовке в тару. При использовании сепаратора достигаются высокие показатели производительности и эффективности до 3,2 т/ч м2, появляется возможность варьирования длительности воздействия на сепарируемый материал и параметров, возможность комбинирования и совмещение технологических процессов (сушка, измельчение, дробление), при этом отсутствуют жесткие требования к неравномерности подачи материала. К положительным качествам сепаратора также относятся бесшумность в работе и простота конструкции и обслуживания.

Методика расчета сепаратора производится, исходя из технологических и конструктивных параметров сепаратора.

154

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.

Технологические параметры.

Производительность сепаратора определяется по формуле: Q=3,6 Gn /Т ,

где Q - производительность сепаратора, т/ч; Gn - масса прохода (нижнего класса), кг; Т - время работы сепаратора, с.

Эффективность сепарации определяем по содержанию нижнего класса в исходном продукте и сходе:

Е = Gn / G a ,

где Е - эффективность сепарации; Gn - масса отсепарирован-ного, обработанного в сепараторе материала (масса нижнего класса в проходе), г ; G - масса исходного материала, подлежащего сепарации (сумма масс прохода и схода), г ; а - долевое содержание материала нижнего класса (грамм/грамм) в исходном продукте.

К конструктивным параметрам относятся:

- площадь цилиндрического решета-сита (диаметр, длина);

- размер ячейки (коэффициент живого сечения) ;

- частота вращения;

- метод очистки сита;

- расчет привода (кинетический и энергетический).

Определение зависимости удельной производительности от

угла наклона цилиндрического сепаратора и коэффициентов гранулометрического состава материала, влажности материала и эффективности сепарации сопоставим по аналогии с плоскими качающимися ситами.

Q = q р F k1 k2 k3 k4 k5 ,

где q - удельная производительность сита на 1 м2, м3/(чм2); p -плотность сепарируемого материала, кг/м3; F - площадь сита, м2; k1, k2, k3, k4, k5 - опытные коэффициенты.

Коэффициент k1 учитывает угол в наклона сита к горизонту. При в = 0° k1 = 1; при в = 10° k1= 0,5; при в = 15° k1 = 0,8.

Коэффициент k2 учитывает содержание частиц нижнего класса (%) в исходном материале. При содержании частиц 10% k2 = 0,58;

155

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

20% - к2 = 0,66; 30% k2= 0,76; 50% - k2 = 0,92; 70% - k2 = 1,08 и 90% - к2 = 1,25.

Коэффициент к3 учитывает содержание в нижнем классе частиц с размером, меньшим 1/2 размера отверстия сита. Так, при содержании таких частиц 10% k3= 0,63; 30% - k3= 0,82; 50% - к3= 1,0; 70% - k3= 1,18 и 90% - к3= 1,37.

Коэффициент k4 учитывает влажность материала

Коэффициент к5 - учитывает эффективность сепарации - при Е 0,99 - к5 = 1, при Е 0,90 - к5 = 0,80, при Е 0,90 - к5 = 0,75, при Е 0,85 -к5 = 0,70.

Соотношение высоты, обрабатываемого слоя подстилочного помета к длине цилиндрического сепаратора установлена опытным путем по производительности с учетом качества сепарации:

р h3/2 /Lc = 3,5 - 4,8,

где h - высота, обрабатываемого слоя подстилочного помета, м; L;; - длина цилиндрического сепаратора, м.

Перейдем к оценке эффективности линии производства биоудобрений в гранулированном виде. Основным критерием оценки удобрений служит их влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, качество продукции и плодородие почвы. При оценке удобрений учитывается экономическая и энергетическая окупаемость по дополнительному, чистому доходу, рентабельности, окупаемости 1 рубля затрат, по коэффициенту энергетической окупаемости [2].

Расчеты экономической эффективности линии производства гранулированных биоудобрений показывают, что применение вышеописанного комплекта оборудования обеспечит:

- снижение приведенных затрат на производство и внесение удобрений на 14 %;

- снижение эксплуатационных затрат на 25%.

Годовой экономический эффект линии составляет 140 тыс. руб. при производительности биоферментатора 2,5 т/сутки и гранулятора -0,06 т/ч гранул.

Полевыми опытами с биоудобрениями установлено, что при внесении под морковь 4 т биоудобрения на основе переработанного в биоферментаторе подстилочного помета - «Омуг», урожай увеличива-

156

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.

ется на 40% и дополнительная продукция овощей составит 8 т/га, что будет соответствовать прибыли в размере 35-45 тыс. руб. с гектара [3].

Эффективность биокомпостов на основе навоза крупного рогатого скота и птичьего помета в среднем за 3 года приведена в табл. 2 (данные ВНИИМЗ) [3]. В опытах органические удобрения, за исключением варианта 7, вносились в дозах, эквивалентных 135 кг азота.

Таблица 2

Увеличение урожайности от применения биоудобрений, ц/га

Варианты опыта Картофель Горохоовсяная смесь,

урожайность прибавка урожайность прибавка

Контроль без удобрений 167,3 139,1

Навоз - 40 т/га 205,0 37,7 172,8 33,7

NPK (эквивалентно 40 т/га навоза) 201,3 38,0 172,3 33,2

Биокомпост на основе помета -12 т/га 212,7 45,4 172,5 33,4

Торфонавозный кам-пост - 49 т/га 216,0 48,7 172,8 33,7

Биокомпост на основе навоза - 17 т/га 221,3 54,0 172,6 33,5

Биокомпост на основе навоза - 35 т/га 225,0 57,7 180,5 41,4

По данным табл. 2 можно с уверенностью заявить о преимуществе биоудобрений на основе помета, имеющего самую низкую норму внесения, а следовательно и минимальные затраты на транспортировку и внесение в почву. При этом, значительно выше вероятность исключения внесения патогенной микрофлоры и семян сорных растений, чем при внесении не обработанного навоза (40 т/га) и даже торфонавозного компоста (49 т/га).

Грануляция позволяет создать удобрение с увеличенным периодом положительного воздействия питательных элементов при использовании его на полях. Это возможно за счет постепенного распада гранулы и более равномерного распределения питательных элементов на растение по времени. Спрессованный материал W= 16-18% позво-

157

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

ляет снизить объем транспортных расходов, что позволяет повысить эффективность сельскохозяйственного производства.

Возможность добавления минеральных удобрений по требованию заказчика позволит создать сбалансированное комплексное органоминеральное удобрение под конкретные агрохимические условия возделывания сельскохозяйственных культур.

В результате проведенной исследовательской работы получены данные для расчета сепаратора линии производства гранулированного биоудобрения на основе подстилочного куриного помета. Обоснование экономической целесообразности и практической ценности производства биоудобрений позволят увеличить интерес сельскохозяйственных предприятий к приобретению подобных линий и продукции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Органические удобрения в интенсивном земледелии /Под ред. В.Г. Минеева. - М.: Колос, 1984. - 301 с.

2. Афанасьев Р.А., Мерзлая Г. Е. Методические рекомендации по изучению эффективности нетрадиционных видов органических и органоминеральных удобрений. - Москва: Агроконсалт, 2000. - 40 с.

3. Методические рекомендации по изучению нетрадиционных органических и органминеральных удобрений. - ВНИИМЗ, 2000.

Получено 13.07.2007.

158