Методика автоматизированного проектирования технологий и выбора технических средств утилизации навоза и помета

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

УДК 631.95 А.Ю. БРЮХАНОВ

МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ И ВЫБОРА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ УТИЛИЗАЦИИ НАВОЗА И ПОМЕТА

Рассмотрены критерии отбора технологий переработки навоза в органические удобрения, наносящих минимальный вред окружающей среде, составлена структурная схема функционирования технологического процесса приготовления органических удобрений и алгоритм выбора оптимального технологического решения.

Выбор технологий и технических средств для обработки навоза с целью получения новых экологически чистых продуктов в каждом конкретном случае должен производиться на основе комплексной технико-экономической и энергетической оценки всех операций, начиная от уборки навоза из стойл и заканчивая готовыми продуктами.

Поэтому цель работы состояла в том, чтобы изучить и подготовить научные материалы, необходимые для разработки методики автоматизированного проектирования технологий переработки навоза и помета в экологически безопасные органические удобрения.

Для достижения данной цели изучена соответствующая литература, проведены консультации с компетентными в области экологии экспертами. В результате обработки полученной информации установили следующее.

Существует несколько направлений переработки и использования отходов животноводства.

• Экологическое (организация оборота полезных компонентов, минимизация безвозвратных потерь органического вещества и загрязнения окружающей среды).

• Агротехническое (переработка отходов в высококачественные органические удобрения).

• Энергетическое (переработка отходов в энергию или легкодоступные источники энергии, например, в тепловую энергию или биогаз).

152

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.

В сельском хозяйстве навоз и помет применяют главным образом в качестве удобрения.

На основе изучения передового опыта, литературных источников, результатов собственных исследований составлен общий перечень технологий удаления, переработки, хранения и использования навоза (помета), применяемых и разрабатываемых как в нашей стране, так и за рубежом [1], [2]. Для анализа были приняты базовые и опытные технологии переработки навоза и помета на свинокомплексах, фермах КРС и птицефабриках, экспериментальное и серийное оборудование для удаления, переработки навоза, хранения, погрузки, транспортировки органических удобрений и внесение их в почву.

В результате получили 11 технологий удаления, переработки, хранения и использования навоза КРС, 23 - навоза свиней, 12 - помета птицы.

Отбор технологий проводился по следующим семи критериям: влажность исходных отходов; выполнение санитарно-гигиенических требований; конечный продукт; степень потерь органического вещества и питательных веществ; вид воздействия на сырье при его обработке; затраты энергии; сложность технологического процесса.

Количество операций, входящих в технологию уборки и утилизации навоза, достигает нескольких десятков единиц. Каждая из этих операций может быть выполнена различными комплектами технических средств и на разных этапах технологического процесса. Наличие большого количества типоразмеров животноводческих предприятий в несколько раз увеличивает вариантность технологий и технических средств, подлежащих оценке, анализу и определению наиболее перспективных вариантов.

Получение органических удобрений с различными физикомеханическими свойствами обуславливается определяющим фактором - влажностью исходного навоза. Этот параметр наиболее сильно влияет на количественные и качественные показатели получаемых органических удобрений.

Для осуществления автоматизированного проектирования технологических линий получения органических удобрений процесс производства и использования органических отходов из навоза и помета необходимо представить как сложную многоуровневую систему (рис. 1).

153

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

Из рис. 1 видно, что технологический процесс утилизации навоза состоит из шести основных операций. Виды операций и их последовательность определяется в зависимости от исходного навоза (см. рис. 1): А - жидкая фракция, В - твердая фракция навоза. Для удобства введем следующие условные обозначения: г - грубое разделение жидкого или полужидкого навоза; т - тонкое разделении жидкой фракции навоза; a, b, c, d - варианты обработки навоза с целью обеззараживания и получения экологически безопасного органического удобрения.

Рис. 1. Структурная схема формирования и функционирования технологий переработки и внесения навоза

154

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.

Основным критерием оценки технологий являются удельные комплексные затраты в расчете на 1 т запланированного урожая сельскохозяйственной продукции:

C уд

m

+ С

N1____

S х У

пл

^ min,

где Cj - комплексные затраты j -го технологического процесса, состоящего из m операций, руб; См - затраты на приобретение и внесение компенсирующих материалов; S - площадь удобряемой земли, на которой выращиваются сельскохозяйственные культуры, га; Ут - полученный урожай сельскохозяйственных культур на удобряемых землях, т/га.

Вторым критерием является коэффициент экологической безопасности системы.

Показатель уровня экологической безопасности сельскохозяйственного производства в настоящее время отсутствует, как и аналогичные показатели оценки отдельных технологий удаления навоза и помета, их переработки, хранения, внесения в почву.

Наиболее объективным показателем уровня экологической безопасности был бы процент поступления наиболее опасных для окружающей среды веществ навоза в почву, водные объекты и атмосферу.

Однако контролировать его в настоящее время в условиях отсутствия налаженной сети мониторинга воды и воздуха не представляется возможным.

В связи с этим на современном этапе в качестве коэффициента экологической безопасности (Кэк.б) предлагается использовать отношение объема питательных веществ, доведенных до растения, к объему NPK в навозе, выходящем с фермы.

Величина Кэк.б, определенная по литературным источникам и результатам собственных исследований для ферм с подстилочным содержанием животных, приведена в табл. 1 [3].

Наиболее объективным является условный обобщенный критерий, определяемый величиной затрат, приходящихся на единицу объема питательных веществ, доведенных до растения.

155

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

Величина его определяется по формуле:

а

уд _k

а

уд

К

эк .б

Дополнительным является энергетический критерий, наиболее объективно отражающий преимущества той или иной технологии независимо от постоянно меняющихся цен, он не зависит от конъюнктуры рынка и характеризует технический уровень применяемых средств.

Полная (совокупная) энергоемкость (энергозатраты) производства удобрения Эс определяется по формуле:

Эс = ЭП + Эо , МДж,

где Эп - прямые энергозатраты, МДж; ЭО - овеществленные энергозатраты, МДж.

Таблица 1

Примерные потери питательных веществ и значения коэффициента экологической безопасности КЭк.б при переработке подстилочного навоза

Характеристика технологии Потери NPK, % Коэффи- циент Кэк.б.

Е NPK В том числе

N P K

Ферментация пассивная, внесение вразброс 40-50 61-68 18-22 17-20 0,5-0,6

Активная ферментация, внесение вразброс 28-34 42-48 13-17 13-16 0,66- 0,72

Ферментация в закрытых сооружениях, внесение вразброс 14-18 20-25 8-12 3-7 0,82- 0,86

Ферментация активная, внесение локальное 20-25 40-45 12-16 9-13 0,75- 0,80

Ферментация в закрытых сооружениях, внесение локальное 5-9 10-15 4-7 1-3 0,91- 0,95

На рис. 2 показан алгоритм выбора оптимального технологического решения.

156

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.

Рис. 2. Алгоритм выбора оптимального технологического решения

Согласно схеме алгоритма расчет производится по каждой технологии пооперационно.

157

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

При вводе данных о хозяйстве указываются общие характеристики хозяйства, включая выход навоза (помета), его влажность, площади пашни, доступной для внесения органических удобрений, техническая вооруженность хозяйства.

При выборе принципиального технологического решения клиент с участием эксперта выбирают из базы существующих технологий наиболее подходящий для заданных условий вариант.

Для каждой операции требуется определенное оборудование и/или строительные сооружения. Необходимо учитывать особенности каждого типа и марки оборудования на каждой операции. Выбор технических средств осуществляется в автоматическом режиме - блок определения применяемых технологических решений.

По каждой операции производится расчет по техникоэкономическим и экологическим параметрам с дальнейшим выводом технологической карты, в которой показаны все технико-экономические показатели выбранной технологии.

Выбор оптимального варианта технологии производится на основе метода Парето. На основании показателей рассчитанных технологий совместно с экспертом выбирают наиболее приемлемую для хозяйства систему утилизации отходов животноводства и птицеводства.

Программа расчетов выполняется с использованием системы управления базами данных Excel. В процессе работы программы исследователь и проектировщик проектируют технологию путем выбора из нормативно-справочного материала и баз данных основных элементов технологии, а также всех технических средств, которые могут быть использованы в новой технологии на выполнении производственных процессов.

Элементы технологии, технологические линии и процессы при производстве удобрений, с помощью СУБД и нормативносправочного материала, формируют в диалоговом режиме методом операционных игр.

Таким образом, автоматизированное проектирование технологий с учетом критерия экологической безопасности позволит:

1. Осуществить оперативный выбор эффективных, экологически обоснованных технологий и технических средств утилизации отходов животноводства.

158

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.

2. В процессе выполнения технических операций минимизировать или исключить негативное действие на окружающую среду, человека и животных.

3. Улучшить санитарно-гигиеническое состояние ферм и комплексов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Афанасьев А.В. Повышение эффективности производства удобрений путем оптимизации параметров двухстадийной биоферментации навоза и помета /Алексей Вячеславович Афанасьев: Авто-реф. дис...канд. техн. наук. - Санкт-Петербург- Пушкин, 2000.

2. Вирт Н. Алгоритмы + структуры данных = программы /Н. Вирт. - М.: Наука, 1985.

3. Афанасьев В.Н. Обоснование и разработка технологий и технических средств для производства экологически безопасных, биологически активных удобрений на основе отходов животноводства и птицеводства /Вячеслав Николаевич Афанасьев: Дисс... в виде научн. доклада, д-ра техн. наук 05.20.01. - СПб-Пушкин, 2000.

Получено 20.03.2008.

УДК 636.551.5

В.И. СОЛОДУН, канд. техн. наук

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ УТИЛИЗАЦИИ НАВОЗА И ПОМЕТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Приведены показатели экологической оценки технологий утилизации навоза и помета на окружающую среду.

Сельскохозяйственная деятельность, включая животноводство, является одним из существенных источников загрязнения окружающей среды. К настоящему времени в России создано Экологическое законодательство, включающее серию законов и нормативных документов, детально регулирующих охрану окружающей среды. Однако

159