Расчет вредных выбросов с использованием базы данных технологических параметров фермы КРС

ISSN 0131-5226.Теоретический и научно-практический журнал.

ИАЭП. 2017. Вып. 93.

3. Для снижения количества необходимых для установки в коровнике средств контроля концентрации аммиака и других вредностей, предлагается методика моделирования этих процессов в различных зонах животноводческого помещения на основе данных измерений в одной наиболее критической точке.

4. Проведенный статистический анализ полученных экспериментальных данных показал, что среднее значение приведенного коэффициента концентрации аммиака внутри коровника составляет 0,733, среднеквадратичное отклонение а = 0,134 при коэффициенте вариации 18,3%. Критической точкой с наивысшей концентрацией аммиака является центр коровника.

5. На основании экспериментальных данных построены математические модели расчета концентрации аммиака в различных точках исследуемого коровника с коэффициентами детерминации R = 0,8 - 0,99, что свидетельствует о функциональнойзависимости принятых переменных, при уровнях значимости Р = 0,05 - 0,1. Однако из-за небольшого объема выборки получена недостаточная значимость коэффициентов, необходимы дальнейшие комплексные исследования для уточнения параметров моделей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Валге А.М. Использование систем Excel и Mathcad при проведении исследований по механизации сельскохозяйственного производства (Методическое пособие) / А.М.Валге, ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии.- СПб., 2013.-200 с.

2. Патент №161235 РФ. Устройство контроля параметров микроклимата в помещениях для содержания сельскохозяйственных животных./ Вторый В.Ф и др. Опубл. 10.04.16.

3. Вторый В.Ф., Гордеев В.В., Вторый С.В., Ланцова Е.О. Влияние погодных условий на формирование температурно-влажностного режима в коровнике / Вестник ВНИИМЖ, №3(23), М.- 2016.- с.68-72.

4. Valerii Vtoryi, Sergei Vtoryi, Eugenia Lantsova. Research Results of Ammonia Emission from Cattle Manure.Environmentally Friendly Agriculture and Forestry for Future Generations: Book of Full Papers of International Scientific XXXVI CIOSTA & CIGR SECTION V Conference, 26-28 May, 2015, Saint Petersburg, Russia: SPbSAU, p. 293-296.

УДК 631.22

РАСЧЕТ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БАЗЫ ДАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФЕРМЫ КРС

В.В. ГОРДЕЕВ, канд. техн. наук; С.Н. МАТЕЙЧИК; В.Е. ХАЗАНОВ, канд. техн. наук Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП), Санкт-Петербург, Россия

В помещенияхдля содержания животных необходимо создать оптимальный микроклимат, который обеспечивает максимальную конверсию корма в продукцию, высокую резистентность животных, длительный срок их использования. Количество подаваемого наружного приточного воздуха определяется нормативами и должно быть не менее 15 м3/час на 1 ц массы взрослого скота и молодняка и 18 м3/час - на 1 ц массы телят. С расчетным притоком свежего воздуха образуются выбросы вредных газов из помещений для содержания животных. При проектировании фермы КРС

152

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

уастениеводстваи животноводства________________________________________

для определения границ санитарно-защитной зоны фермы необходимо рассчитать возможное количество выбросов в атмосферу непосредственно от животных по каждому виду загрязняющих веществ. В расчетах учитываются десять основных загрязняющих атмосферу веществ. Реализация этой задачи в виде составной части программы «Автоматизированное рабочее место для расчета технологических параметров ферм КРС» позволит автоматизировать процесс вычисления, снизить трудоемкость расчетов, повысить оперативность и точность определения показателей. Требуемый при этом набор исходных данных должен включать в себя нормативную и справочную информацию, различные характеристики ресурсов, выбросов и отходов, структуру фермы. При расчете вредных выбросов непосредственно от животных используются значения удельных выделений на 1 ц живой массы по каждому виду загрязняющего вещества.

Ключевые слова: вредные выбросы; проектирование ферм; коровник; база данных.

CALCULATION OF HAZARDOUS EMISSIONS USING THE DATABASE OF CATTLE FARM OPERATIONAL PARAMETERS

V.V. GORDEEV, Cand. Sc. (Engineering); S.N. MATEYCHIK;

V.E. KHAZANOV, Cand. Sc.

Federal State Budget Scientific Institution “Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production” (IEEP), Saint Petersburg, Russia

The optimal microclimate in the animal houses is an important condition to ensure the maximum feed conversion, high resistance capacity of animals, and their longer productive lifetime. The amount of external fresh air supplied is specified by the standards and must be at least 15 m3 / h per 100 kg of adult cattle and young animals mass and 18 m3 / h per 100 kg of calves mass. With the estimated inflow of fresh air, the emissions of harmful gases from the animal houses are generated. When designing a cattle farm, in order to determine the boundaries of its sanitary protection zone, it is necessary to calculate the possible amount of atmospheric emissions (releases) directly from the animals for each type of pollutants. Calculations take into account the ten main atmosphere pollutants. This task is an integral part of the computer program “Automated workplace for calculating the technological parameters of cattle farms”, which allows to automate the calculation process, to reduce the amount of work needed for computations, to improve the speed and accuracy of calculations. The required set of input data should include the regulatory and reference information, various characteristics of resources, emissions and waste, and the farm structure. When calculating hazardous emissions from the animals, specific releases per 100 kg of live weight for each type of pollutant are used.

Keywords: hazardous emission; farm design; cow bam; database.

ВВЕДЕНИЕ

Любая животноводческая ферма, не зависимо от размера, крупное акционерное предприятие, фермерское или личное подсобное хозяйство, является источником вредных выбросов в атмосферу.

Выброс - это кратковременное или за какой-то установленный интервал времени поступление в окружающую среду вредных веществ. Предельно допустимый выброс (ПДВ) - нормируемый показатель. Этот показатель устанавливается таким образом, чтобы выбросы в атмосферу от конкретной фермы КРС при рассеивании не нарушали нормативов качества воздуха, то есть количество вредных веществ, поступающих в окружающую среду, было максимально снижено.

153

ISSN 0131-5226.Теоретический и научно-практический журнал.

ИАЭП. 2017. Вып. 93.

На ферме крупного рогатого скота по производству молока содержатся животные разных половозрастных групп и фаз биологического цикла. Для каждой из них необходимо создать оптимальный микроклимат в помещениях, который обеспечивает максимальную конверсию корма в продукцию, высокую резистентность животных, длительный срок их использования. По нормативам количество наружного приточного воздуха, подаваемого в

О

помещение для содержания животных, должно быть не менее 15 м /час на 1 ц массы

О

взрослого скота и молодняка и 18 м /час - на 1 ц массы телят [1, 2]. Соответственно с расчетным притоком свежего воздуха образуются выбросы вредных газов из помещений для содержания животных. Эти выбросы являются неорганизованными и осуществляются через светоаэрационный конек или вентиляционные шахты в коньке кровли.

При проектировании фермы КРС необходимо рассчитать возможное количество выбросов в атмосферу непосредственно от животных по каждому виду загрязняющих веществ. Результаты этих расчетов являются исходными данными для определения границ санитарно-защитной зоны фермы.

Расчет вредных выбросов, загрязняющих атмосферу, от крупных животноводческих комплексов при разработке проектов реконструкции и строительства молочных ферм - это достаточно трудоемкий процесс.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Набор загрязняющих веществ, образующихся при усвоении животными белкового корма, определяется аминокислотным составом корма и продуктами его метаболизма.

В некоторых европейских странах определение выбросов от содержания животных осуществляется согласно протоколу, разработанному VERA [3].

В Российской Федерации в соответствии с «Методическим пособием по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Приложение 3» [4] и «Методикой расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу от животноводческих комплексов и звероферм (по величинам удельных показателей)» [5] в расчетах учитываются десять основных загрязняющих атмосферу веществ: микроорганизмы, меркаптаны, амины, аммиак, сероводород, карбоновые кислоты, карбонильные соединения, пыль меховая, сульфиды и фенолы.

Расчет количества вредных выбросов в атмосферу производится по формуле:

= К xYnx N х q, т/год где1 - условное обозначение загрязняющего вещества (с 1 по 10), для пыли меховой использован поправочный коэффициент 0,4, т.к. выброс осуществляется через проем [6]; п - условное обозначение группы животных одного вида, объединенных общим технологическим процессом;

К - коэффициент перехода размерности (г/с) к (т/год) = 31,5;

Yn - величины удельного выделения загрязняющих веществ;

q - средняя масса одного животного из группы животных, объединенных общим технологическим процессом, ц;

N - количество животных, объединенных общим технологическим процессом (количество животных в цехе).

154

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

уастениееодстеаи животноводства________________________________________

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

Расчет вредных выбросов от КРС в атмосферу является составной частью задачи «Расчет технологических параметров ферм КРС». Эта задача реализована в виде программы «Автоматизированное рабочее место (.АРМ) для расчета технологических параметров ферм КРС».

Расчеты технологических параметров ферм КРС должны быть структурированы по различным показателям, поэтому являются объемными и трудоемкими. Учитывая это, программа построена так, что сочетает в себе наглядность, гибкость и универсальность. Наглядность обеспечивает главный интерфейс программы, представленный на рис. 1.

РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФЕРМ КРС.

Исходные данные для расчета.

1. Поголовье дойных коров, гол:

2. Планируемая продуктивность коров, кг/гол. в год:

3. Период содержания в цехах, дней.: L д

4. Количество секций в цехах: Ввод

5. Коэффициент расчета количества мест в секции:

. „ .. 0.701

6. Коэффициент выхода телят:

7. Коэффициент выбраковки по возрастам:

8. Вид и количество подстилки на голову по возрастам, кг гол. в сутки:

9. Планируемый прирост молодняка по возрастам, кг/гол. в сутки:

10. Масса при поступлении в цех (профилакторий), кг:

11. Масса коровы, кп

Расчет технологических параметров

Расчет вредных выбросов

Нормативно-справочная информация.

1. Норма потребления воды на голову по Открыть

возрастам, кг/гол в сутки:

2. Рацион по возрастам: Открыть

3. Выход экскрементов на голову по Открыть

возрастам, кг/гол. в сутки:

4. Выбросы и отходы на голову по возрастам: Открыть

Дополнительная

[Расчет вредных выбросов в атмос

Ресурсы Г Выбросы и отходы

Продукция JL Санитарная зона

Структура фермы  L Виды рационов

Рис. 1. Главный интерфейс программы

Требуемый для проведения расчетов набор данных должен включать в себя нормативную и справочную информацию, различные характеристики ресурсов, продукции, рационов, выбросов и отходов, структуру фермы, а также исходные данные для расчета. Упорядочивание и правильная организация информации - это одна из важнейших задач, связанных с ее дальнейшей обработкой. Поэтому для удобства пользователей все данные разделены на три группы. Для этого на экранной форме выделены три зоны, позволяющие пользователю в режиме диалога решать поставленные задачи:

1. «Нормативно-справочная информация». Этот раздел содержит данные различных СНиПов и справочников. Как правило, эта информация изменяется достаточно редко и является статичной или не изменяется совсем.

2. «Дополнительная информация». Здесь представлена информация, характеризующая параметры секторов конкретной фермы. Так, например, структура фермы представлена формой на рис. 2. Здесь отражен перечень секторов и цехов в них, а также данные о количестве секций в цехах, периодах содержания в цехах и тактах работы секций.

155

ISSN 0131-5226.Теоретический и научно-практический журнал. ИАЭП. 2017. Вып 93.

СТРУКТУРА ФЕРМЫ

Код Наименование Код Код Количество Период Такт работы *

фермы фермы секто- Наименование сектора Цеха Наименование цеха секций в содержания Возраст секций ра цехе в цехе

1 Производственный секто{ 1 Цех сухостойных коров 3 50 60

1 1 Производственный секто[ 2 Цех отела 1 20 20

1 1 Производственный ceiaoj 3 Цех раздоя и осеменения 0

1 1 Производственный сектор 4 Цех производства молока 16 317 320

1 2 Сектор раздоя и проверю 1 Цех подготовки к отелу 0

1 2 Сектор раздоя и проверю 2 Цех отела 0

1 2 Сектор раздоя и проверю 3 Цех раздоя и осеменения 0

1 2 Сектор раздоя и проверю 4 Цех проверки первотелок 0

1 3 Сектор ремонтного моло/ 1 Цех - профилакторий 5 12 15

1 3 Сектор ремонтного моло/ 2 Цех-2 10 87 90

Первая Предыдущая Следующая Последняя Добавить Удалить Выход

Рис. 2. Вид таблицы «Структура фермы»

3. «Исходные данные для расчета» - оперативная информация. Пользователь заполняет на экране необходимые поля и, выбрав одну из кнопок, предназначенных для определенного расчета, получает отчет с данными, полученными в результате расчетов по заданным формулам. В этом и заключается гибкость программы. Изменение значений каких-либо показателей в блоке исходных данных позволяет практически мгновенно получить результат нового расчета, сравнить его с предыдущим и выбрать оптимальный вариант группы технологических параметров, позволяющий обеспечить максимально комфортные условия содержания КРС и получение желаемого выхода продукции.

С помощью этой универсальной программы подготовленный пользователь может рассчитать технологические параметры для любой фермы КРС. В то же время эта программа является своего рода оболочкой и предусматривает работу с рядом встроенных блоков, в частности, с блоком расчета вредных выбросов в атмосферу непосредственно от животных. Для этого используются предварительно полученные данные о технологических параметрах ферм КРС: количество голов по цехам, масса одного животного (для коров) и масса передачи в следующий цех (для ремонтного молодняка). При расчете вредных выбросов непосредственно от животных используются значения удельных выделений на 1 ц живой массы по каждому виду загрязняющего вещества.

Данные для расчета вредных выбросов в атмосферу внесены в поля формы на рис. 3.

ВЫБРОСЫ И ОТХОДЫ

Код Наименование группы выбросов-отходов Удельные выделения Наименование выбросов-отходов г/с*0,000001 на 1ц. живои массы =

102 Вредные выбросы Аммиак 28,5

103 Вредные выбросы Пыль меховая 90*0,4

104 Вредные выбросы Амины 1,32

105 Вредные выбросы Карбонильные соединения 1,5

106 Вредные выбросы Карбоновые кислоты 1,8

107 Вредные выбросы Меркаптаны 0,02

108 Вредные выбросы Сероводород 2.2

109 Вредные выбросы Сульфиды 0,78

110 Вредные выбросы Фенолы |о,2 -

1< *

Первая Предыдущая I Следующая Пии1едпяя Добавит Удалит Вылид

Рис. 3. Поля формы «Выбросы И ОТХОДЫ»

156

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

растениеводстеаи животноводства_____________________________________________________________________

Результаты расчета количества и состава вредных выбросов в атмосферу по каждому сектору с разбивкой по цехам представлены в двух таблицах (рис. 4, 5).

Количество п состав вредных выбросов в атмосффу

Нанменов анне 1В Удельные Осксвкоеспдо Ремонтны е нетели Всето

выделения г/с х 0.000001 на 1ц. живой массы ТЗКТЗЦНЕ подготовки отита сумма подготовки отела сумма

1 Микроорганизмы бОкл/с 10.78434 1.70100 0.6S040 13.16574 0.45360 0.18144 0.63504 13.S007S

1 Аммиак 28.5 5.12256 0.80798 0.32319 6.25373 0.21546 0.0S61S 0.30164 6.55537

1 Пыль меховая 90x0.4 6.47060 1.02060 0.40824 7.89944 0.27216 0.10SS6 0.38102 8.28046

1 Амины U2 0.23726 0.03742 0.01497 0.28965 0.00998 0 00399 0.01397 0.30362

1 Карбонильные соединения 1,5 026961 0.04253 0.01701 0.32915 0.01134 0.00454 0.01588 0.34503

1 Карбоновые кислоты 1.8 0.32353 0.05103 0.02041 0.39497 0.01361 0.00544 0.01905 0.41402

1 Меркаптаны 0.02 0.00359 0 00057 0.00023 0.00439 0.00015 0.00006 0.00021 0.00460

I Сероводород 2.2 0.39543 0.06237 0.02495 0.48275 0.01663 0.00665 0.02328 0.50603

1 Сульфиды 0.78 0.14020 0.02211 O.OOS85 0.17116 0.00590 0.00236 0.00826 0.17942

1 Фенолы ОД 0.03595 0.00567 0.00227 0.04389 0.00151 0.00060 0.00211 0 04600

Рис. 4. Вид таблицы количества и состава вредных выбросов в атмосферу от

производственного сектора

\& 1Г

Количество п состав вредных выбросов в атомосферу

| | ' дельные Цедя Сумма

Наименование!!! г 1 /с х 0.000001 11 1ц. живой массы Трофв-так- торки ко 0.4 2 от 0.4 до 33 3 от 33 до 62 4 от 62 до 12.0 5 от 12.0 до 143 б от 143 до 183 7 от 182 до 223

мес. мес. мес. мес. мес. мес. мес.

1 Микроорганизмы 60 кл/с 0.03198 025515 0 42536 137144 0.93338 1.32162 1.27431 5.81324

1 Аммиак 28.5 0.01519 0.12120 0.20205 0.74643 0 44335 0.62777 060530 2.76129

1 Пыль меновая 90x0.4 0.01919 0.15309 025522 0.94286 0.56003 0.79297 0.76459 3.48795

1 Амины 132 0.00070 0.00561 0.00936 0.03457 0.02053 0.0290S 0.02803 0.127S8

1 Карбонильные соединения 1 1Ji 000080 0.00638 001063 0 03929 0.02333 0.03304 0 03186 0.14533

1 Карбоновые кислоты 13 0.00096 0.00765 0.01276 0.04714 0.02800 0.03965 0.03823 0.17439

1 Меркаптаны 0.02 0.00001 0.00009 0.00014 0.00052 0.00031 0.00044 0.00042 0.00193

1 Сероводород 2 2 0.00117 0.00936 001560 0.05762 0.03422 0.04S46 004672 021315

1 Сульфиды 0.78 0.00042 0.00332 0.00553 0.02043 0.01213 0.01718 0.01657 0.07558

1 Фенолы 0 2 0.00011 O.OOOS5 0.00142 0.00524 0.00311 0.00441 000425 0.01939

Рис. 5. Вид таблицы количества и состава вредных выбросов в атмосферу от сектора

ремонтного молодняка

ВЫВОДЫ

Расчет количества выбросов в атмосферу непосредственно от животных по каждому виду загрязняющих веществ необходим при проектировании фермы для установления границ ее санитарно-защитной зоны. Реализация этой задачи в виде составной части программы «Автоматизированное рабочее место (АРМ) для расчета технологических

157

ISSN 0131-5226.Теоретический и научно-практический журнал.

ИАЭП. 2017. Вып. 93.

параметров ферм КРС» позволит автоматизировать процесс вычисления, снизить трудоемкость расчетов, повысить оперативность и точность определения показателей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хазанов Е.Е., Еордеев В.В., Хазанов В.Е. Технология и механизация молочного животноводства. Учебное пособие / Под общ. ред. Е.Е. Хазанова. - 2-е изд., стер. - СПб.: Издательство «Лань», 2016. - 352 с.: ил. (+ вклейка, 32 с.) - (Учебники для вузов. Специальная литература).

2. РД-АПК 1.10.01.02-10. Методические рекомендации по технологическому

проектированию ферм и комплексов крупного рогатого скота. Москва, 2011. - 79 с.

3. Test Protocol for Livestock Housing and Management Systems. VERA. Version 2 / 2011-29-08. 55p.

4. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов

загрязняющих веществ в атмосферный воздух (Дополненное и переработанное), Санкт-Петербург, 2005 г.

5. Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу от животноводческих комплексов и звероферм (по величинам удельных показателей), С-Пб, НИИ Атмосфера, фирма Интеграл, 1997 г.

6. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов

загрязняющих веществ в атмосферный воздух, С-Пб, НИИ Атмосфера, 2002 г.

УДК 637.116

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПУЛЬСАТОРОВ

В. Ф.ВТОРЫЙ, д-р техн. наук; С. В.ВТОРЫЙ, канд. техн. наук; Р. М.ИЛЬИН

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и

экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП), Санкт-Петербург, Россия

С использованием комплекта лабораторного оборудования и разработанной методики были проведены исследования двух групп пневматических пульсаторов LL-90 и L-80 компании InterPuls (Италия), переданных из хозяйств Ленинградской области. В результате проведенных исследований установлено, что самой распространенной неисправностью пульсаторов является снижение эластичности прокладок, что составляет более 50%. Снижение эластичности ведет к нарушению соотношения тактов и неполному открытию или закрытию каналов. Значительную часть неисправностей составляют износ и механические повреждения диафрагм (26,7%), возникающие по причине загрязнения каналов и деталей пульсатора, и повышенного вакуумметрического давления в системе. При эксплуатации необходимо ежедневно контролировать и настраивать вакуумметрическое давление в системе, а также не реже, чем один раз в квартал проводить контроль соответствия технологических режимов работы пульсатора нормативам, выбирать химические моющие средства, исходя из рекомендации завода-изготовителя оборудования.

Ключевые слова:доение коров; доильная установка; доильный аппарат; пульсатор.

158