КОМПЛЕКС БЕЗОТХОДНОГО ПТИЦЕВОДСТВА И СВИНОВОДСТВА С СОБСТВЕННЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ КОРМОВ И ЭНЕРГИИ
COMPLEX OF WASTE-FREE POULTRY FARMING AND SWINE BREEDING WITH OWN PRODUCTION OF FODDERS AND ENERGY

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для производства продукции птицеводства и свиноводства, переработки птичьего помета и свиного навоза, производства кормовых добавок, в отраслях промышленного птицеводства и животноводства.
Известен способ, включающий формирование запаса свежего помета, аэробное и анаэробное сбраживание его первой и второй частей, удаление избыточной влаги из оставшейся части свежего помета. При этом осуществляют пиролиз его третьей части, обеззараживание и сушку остатка помета, отделение от этого остатка в качестве сухого органического удобрения четвертой части помета, санитарно-ветеринарную обработку, витаминизирование, размельчение и перемешивание оставшейся пятой части помета в виде кормовой добавки с птичьим кормом для использования неизрасходованной биохимической энергии помета при кормлении птицы полученной кормовой смесью. Регулируют расход оставшейся части свежего помета при подаче его на удаление из оставшейся части помета избыточной влаги в зависимости от результата расчета технико-экономического показателя прироста прибыли технологических процессов аэробного и анаэробного сбраживания, пиролиза, получения сухого органического удобрения, получения кормовой добавки (см. патент РФ №2327675. Способ и устройство управления экономичной переработкой птичьего помета в промышленном птицеводстве. / А.В.Дубровин, В.Р.Краусп, В.Г.Чирков // БИ. 2008. №18).
Недостатками указанного способа являются трудность и сложность его прямого использования для собственного производства кормовых смесей в птицеводстве и свиноводстве.
Известен способ, включающий внесение навозного червя в компостосодержащий субстрат и последующее отделение червей от полученного биогумуса (см. патент РФ 2 255 077 C1, C05F 3/00, A01K 67/033. Способ получения биогумуса. / А.Б.Ручин, В.В.Ревин, А.Ю.Иванов // БИ. 2005. №18). Известен также способ, при котором дождевые (компостные) черви непрерывно мигрируют и работают в периодически добавляемом субстрате (см. патент РФ 2 255 078. C1 C05F 3/00, A01K 67/033. Способ получения биогумуса. / С.С.Конин, И.Н.Титов, В.В.Лавров // БИ. 2005. №18). Известен также способ производства биогумуса, содержащий добавление древесных опилок, стружек, мелкой щепы в субстрат куриного помета, последующее перемешивание и увлажнение (см. патент РФ 2205163, кл. C05F 3/00, 2003 г.).
Недостатком указанных способов является использование, в частности, только куриного помета в качестве субстрата. Токсичные свойства помета и присутствующие в нем соли тяжелых металлов не позволяют получить экологически чистый биогумус, следовательно, и биологически чистую среду для размножения самих червей и их дальнейшего использования для производства кормовых и пищевых добавок.
Известен также способ производства биогумуса, содержащий отделение червей от увлажненного биогумуса (см. патент РФ 2 274 628. С2 C05F 3/00. Способ производства биогумуса. /Н.А.Баер, А.Д.Неклюдов, В.А.Зиборов, А.Ю.Леонов // БИ. 2006. №11). Используются красные калифорнийские черви Eisenia foetida. Приманка при отделении червей от увлажненного биогумуса - смесь из бумажной пыли, тонкоизмельченных древесных опилок, мочевина и крахмальный клейстер. Субстрат -техническая боенская кровь убойных животных, кости, шкуры, содержимое желудочно-кишечного тракта, например каныги. Добавлены органические рыхлители, например опилки древесные, бумага, остаточные пивные или пекарские дрожжи. Сажают 10…15 червей на 10 кг перерабатываемого компоста. Красный калифорнийский червь (ККЧ) - это новая порода дождевого червя. Относится к семейству Eisenia foetida. Получена в результате гибридизации двух пород дождевого червя в штате Калифорния в 1959 году. Червь в длину достигает 10 см, имеет диаметр 3…5 мм, массу тела около 1 г. Потомство двух червей может достигнуть 1,5 тыс.особей в год. Через 40 дней популяция удваивается. Живет 16 лет. Половая зрелость достигается на 90…120 сутки жизни. Работает наиболее активно при температуре субстрата 15…25°С. Среда обычного обитания - специальный субстрат, насыщенный органическими соединениями, но не почва. В сутки ККЧ съедает в 2 раза больше пищи, чем весит сам. Интенсивное размножение - при кислотности среды рН, равной 6,5…7,5. Плохо растет на белковом сырье. Требует обязательных источников азота для своего развития в достаточно большом количестве (не менее 12…16% от общего рациона). Мука, получаемая из выращенных ККЧ, напоминает по вкусу телятину и содержит 67% белка, 20% жира, 7…8% углеводов. После очистки ККЧ могут использоваться как добавка при получении колбасных и других изделий. ККЧ по способу 3 по п.1 формулы изобретения указанного способа после отделения от биогумуса используют вторично. По способу 4 по п.1 формулы изобретения указанного способа после отделения от биогумуса высушивают и используют в качестве кормовой добавки для животных или белковой добавки для производства мясных продуктов.
Недостатком указанного способа является использование только боенского белкового субстрата, поскольку навозные черви плохо растут на белковом сырье.
Общим недостатком указанных четырех способов и некоторых других аналогичных технических решений является трудность прямого их использования в сельскохозяйственных технологиях производства кормовых смесей при собственно производстве продукции птицеводства и животноводства.
Причиной этого являются затруднения при автоматизации процессов подготовки субстратов на основе птичьего помета и свиного навоза, экологически чистой сушки выращенных навозных червей.
В настоящее время в сельскохозяйственное производство, в частности в птицеводство, внедряются достаточно известные способы и устройства экономически рационального автоматизированного управления технологическими процессами (см. патент РФ №2229155. Способ и устройство экономичного общего обогрева животноводческого помещения и локального обогрева сельскохозяйственных животных. / А.В.Дубровин, В.Р.Краусп // Б.И. 2004; №14; патент РФ 2296464. Способ управления экономичным обогревом в животноводстве и птицеводстве и устройство для его осуществления. / А.В.Дубровин, В.Р.Краусп, В.В.Шевцов, В.В.Борисов // БИ. 2007. №10; патент РФ №2297761. Способ экономичного обогрева сельскохозяйственных животных или птицы и устройство для его осуществления. / А.В.Дубровин, В.Р.Краусп, В.В.Борисов // Б.И. 2007. №12;
патент РФ 2300194. Способ управления экономичной обогревательной технологией в животноводстве и птицеводстве и устройство для его осуществления. / А.В.Дубровин, В.Р.Краусп, В.В.Борисов, В.В.Шевцов // БИ. 2007. №.16; патент РФ 2301521. Способ и устройство экономичного обогрева и кормления животных и птицы. /А.В.Дубровин, В.Р.Краусп, В.В.Борисов // БИ. 2007. №18).
Они позволяют в любой момент времени хода технологического процесса обеспечивать его наивысшую технико-экономическую эффективность по выбранному показателю (критерию) прибыли, прироста прибыли, эксплуатационных затрат. Поэтому появляется возможность вмешательства в технологический процесс немедленно по автоматическом получении информации о нежелательном режиме, а не по традиционно принятому порядку. А он заключается в том, что по окончании технологического процесса проводится технико-экономический анализ уже прошедшего процесса, когда ничего уже нельзя поправить.
Задачей изобретения является создание комплекса безотходного птицеводства и свиноводства с собственным производством кормов и энергии с использованием собственных аграрных технологий, технологий переработки птичьего помета и свиного навоза, технологий выращивания навозных червей, технологий экономически оптимального управления сельскохозяйственными производственными процессами.
В результате использования предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в возможности экономически оптимального управления расходом свежего птичьего помета и свиного навоза по критерию прироста прибыли для экологически чистой сушки птичьего помета при производстве первой кормовой добавки на основе сухого птичьего помета и для разведения и сушки навозных червей при производстве второй кормовой добавки из высушенных навозных червей.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что комплекс для безотходного птицеводства и свиноводства с собственным производством кормов и энергии, включающий птичники, свинарники, биогазовые и пиролизные установки, тепловую электрическую станцию, систему многопольных севооборотов для выращивания кормовых культур, при этом количество полей в системе многопольных севооборотов соответствует количеству выращиваемых видов кормовых культур для обеспечения кормового рациона птицы и кормового рациона свиней, траншеи для сбора птичьего помета птичников и свиного навоза, соединенные с цехом разведения и сушки навозных червей и цехом экологически чистой сушки птичьего помета, которые связаны с цехом приготовления кормов с использованием сухих червей при приготовлении кормов, причем тепловая электрическая станция связана с биогазовыми и пиролизными установками для подачи тепловой и электрической энергии в птичники, свинарники, цех приготовления кормов, цех экологически чистой сушки птичьего помета, цех разведения и сушки навозных червей, причем цех приготовления кормов содержит весоизмерители-дозаторы кормовых культур и весоизмерители-дозаторы сухих червей и сухого помета, при этом для обеспечения экономически оптимального управления комплексом и расходования энергоносителей любого вида комплекс включает систему автоматического управления, снабженную двумя блоками управления, вычислительным блоком, датчиками расхода свежего птичьего помета и свиного навоза, датчиками температуры и относительной влажности наружного воздуха, датчиками температуры и относительной влажности в помещениях цеха экологически чистой сушки птичьего помета, датчиками температуры и относительной влажности воздуха в помещениях цеха разведения и сушки навозных червей, двумя регуляторами расхода части свежего помета и части свежего навоза, блоком задатчиков значения сигналов сформированных величин расхода части свежего помета и части свежего навоза, наименьшего и наибольшего технологически допустимых значений сформированных сигналов расхода части свежего помета и части свежего навоза, при этом датчики расхода свежего птичьего помета и свиного навоза подключены к первому и второму входам вычислительного блока, а первый и второй выходы вычислительного блока соединены соответственно с входами первого и второго блоков управления, датчики температуры и относительной влажности в помещениях цеха экологически чистой сушки птичьего помета подключены к третьему и четвертому входам вычислительного блока, а датчики температуры и относительной влажности воздуха в помещениях цеха разведения и сушки навозных червей подключены соответственно к пятому и шестому входам вычислительного блока, причем первый и второй выходы вычислительного блока соединены соответственно с первым и вторым блоками управления, выход первого из которых соединен со вторым входом первого регулятора расхода, а выход второго блока управления соединен со вторым входом второго регулятора расхода, к выходу первого из которых подключен пометный насос, а к выходу второго подключен навозный насос, причем выход блока задатчиков значения сигналов сформированных величин расхода части свежего помета и части свежего навоза, наименьшего и наибольшего технологически допустимых значений сформированных сигналов расхода части свежего помета и части свежего навоза подключен к дополнительным входам вычислительного блока.
Таким образом, при работе комплекса осуществляются следующие технологические операции.
За счет использования предлагаемого комплекса осуществляются следующие технологические операции.
1. Выращивание кормовых аграрных культур и подачу их в цех приготовления кормов для приготовления кормов и временного хранения.
2. Приготовление кормов из выращенных кормовых аграрных культур и сухого птичьего помета для птицы и для свиней и подачу кормов соответственно в птичники и в свинарники.
3. Производство мяса птицы и пищевых яиц, а также использование птичьего помета:
- для производства энергоносителей (горючий биогаз, смесь горючих неорганических газов, низкооктановое дизельное топливо) с целью последующего производства механической, электрической и тепловой энергии и органических и неорганических удобрений при анаэробном сбраживании в метантенке и пиролизе в биогазовой (в метантенке) и в пиролизной установках;
- при экологически чистой сушке птичьего помета для производства первой кормовой добавки (для птицы и в основном для свиней) при приготовлении кормов.
4. Производство свинины, а также использование свиного навоза для разведения и сушки навозных червей в цехе разведения навозных червей при производстве гумуса для подкормки растений при выращивании кормовых аграрных культур и для производства энергоносителей с целью последующего производства механической, электрической и тепловой энергии и органических и неорганических удобрений при анаэробном сбраживании в метантенке и пиролизе в биогазовой (в метантенке) и в пиролизной установках.
5. Использование произведенных энергоносителей для получения механической, а также электрической и тепловой энергии посредством электрической станции.
6. Использование полученного после разведения и сушки навозных червей гумуса для производства энергоносителей и для подкормки растений при выращивании кормовых аграрных культур.
7. Осуществление аэробного сбраживания птичьего помета и свиного навоза в пометных и навозных траншеях при производстве гумуса в компосте для подкормки растений.
8. Разведение навозных червей с последующей их сушкой и использованием для производства второй кормовой добавки (для птицы и преимущественно для свиней) при приготовлении кормов.
Кроме того, комплекс обеспечивает возможность осуществления следующих технологических операций:
- измерение величин расхода свежего помета и навоза и их задание;
- сравнение измеренных и заданных величин;
- регулирование режимов расхода по результатам сравнения;
- измерение величин соответственно температуры и относительной влажности наружного воздуха и воздуха в помещениях цеха экологически чистой сушки птичьего помета;
- определение стоимости сухого птичьего помета в зависимости от измеренных величин расхода свежего помета, при этом осуществляют:
- измерение температуры и относительной влажности воздуха в помещениях цеха разведения и сушки навозных червей;
- определение стоимости высушенных навозных червей в зависимости от измеренных величин расхода свежего помета и навоза;
- формирование сигналов величин расхода части свежего помета и части навоза;
- периодическое изменение сигналов сформированных величин расхода части свежего помета и части навоза в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим их заданными значениями;
- определение стоимости сухого птичьего помета и высушенных навозных червей в зависимости от значений изменяемых сигналов сформированных величин расхода части свежего помета и части навоза, от температуры и относительной влажности внутреннего воздуха в помещениях цеха экологически чистой сушки птичьего помета и в помещениях цеха разведения и сушки навозных червей;
- определение стоимости затрат энергии на обогрев помещений по их расчетному теплообмену в зависимости от температур и относительных влажностей наружного и внутреннего воздуха,
- вычисление первой разности между стоимостью продукции сухого птичьего помета и высушенных навозных червей и суммой стоимостей затрат энергии на обогрев помещений в качестве показателя прибыли в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим заданными значениями сигналов сформированных величин расхода части свежего помета и части навоза,
- определение наибольшего значения этой первой разности в качестве значения наивысшей прибыли и соответствующие ему сигналы сформированных величин расхода части свежего помета и части навоза,
- определение второго значения этой разности в качестве нормативной прибыли при нормативных значениях расхода части свежего помета и части навоза технологических режимов наивысшей производительности сухого помета и наивысшей продуктивности червей,
- вычитание из первой разности стоимостей ее второго значения и получение третьей разности стоимостей в виде показателя прироста прибыли,
- вычитание из наибольшего значения первой разности стоимостей ее второго значения и получение наибольшего значения третьей разности стоимостей в виде значения наивысшего прироста прибыли и соответствующих ему сигналов сформированных величин расхода части свежего помета и части навоза, причем соответствующие значениям наивысшей прибыли и наивысшего прироста прибыли сигналы сформированных величин расхода соответственно части свежего помета и части навоза равны между собой,
- сравнение соответствующих наибольшему значению первой или второй разности сигналов сформированных величин расхода соответственно части свежего помета и части навоза с измеренными величинами расхода соответственно части свежего помета и части навоза и корректировка по результатам сравнения режимов расхода части свежего помета и части навоза из птицеводческого и животноводческого помещений.
Известно, что до 40% и иногда даже больше химической энергии питательных веществ корма не усваивается организмом птицы, соответственно, не преобразуются в мясную или яичную продуктивность и выделяются из организма в виде птичьего помета. Между тем, затраты на кормление поголовья составляют не менее 70% себестоимости продукции птицеводства. Следовательно, имеется значительный резерв (в идеале до очевидного значения в 28%) повышения технико-экономической эффективности даже этой достаточно высоко автоматизированной отрасли сельского хозяйства. Однако по настоящее время этот теоретический ресурс в полной мере практически используется совершенно недостаточно, хотя в различных областях науки и техники появились и уже практически проверены ранее известные и новые методы энергетической оценки усвояемости биологическим объектом энергии корма, энергоэкономного избирательного обеззараживающего воздействия на патогенную микрофлору и изменения фазового состояния вещества. Среди этих методов, которые можно применить для совершенствования автоматизированных технологий безотходной переработки помета, выделяются низкотемпературный пиролиз, электротехнические нанотехнологии и управление по величине технико-экономического показателя, анализ энергетической эффективности новой технологии в целом. Поэтому вполне своевременным и уместным является добавление к существующим методам, способам и приемам дополнительного извлечения энергии из помета путем его частичного подмешивания к птичьему корму и путем сбраживания оставшегося помета в биогазовом метантенке действительно современных научно-технических методов и способов энергосбережения.
р
к
э
макс
макс
макс
При действующих технологиях кормления, например, цыплят-бройлеров при напольном содержании в некоторых случаях (аварии в системах тепло- или электроснабжения, микроклимата и т.п.) расход покупного корма и покупных энергоносителей может достигнуть таких значений, что разница между наивысшей ценой реализованной продукции Ц  и очень высокой суммарной стоимостью израсходованного покупного корма С  и покупных энергоносителей С  окажется совсем малой. Это означает, что прибыль в данном (старом) варианте управления по критерию максимальной продуктивности поголовья и при покупных корме и энергоносителях получена небольшая:
кп
эп
р
кп
эп
опт
отп
опт
опт
опт
опт
В предложенном комплексе обеспечивается способ экономически оптимального (экономически наилучшего) управления, устройство автоматически выбирает такой режим минимального расхода и к тому же значительно более дешевой собственного производства кормовой смеси с пометом С  и суммы покупных и собственных энергоносителей при переработке помета и навоза С , при котором указанная экономически оптимальная разность Ц -С -С  всегда имеет наибольшее значение. Таким образом, при любых внешних условиях прибыль производства продукции в новом варианте управления по критерию максимума прибыли П всегда максимальна:
Вычитая из второго значения разности ее первое значение, получаем прирост прибыли ΔП, образовавшийся в результате оптимального (наилучшего) автоматизированного управления раздачей собственного производства кормовой смеси с пометом и при более дешевых собственного производства энергоносителях:
где:
макс
ΔЦ - расчетная потеря стоимости продукции животных и птицы в результате перехода от управления по критерию максимума их продуктивности при любых затратах корма и энергии к экономически оптимальному управлению по критерию максимума прироста прибыли при минимальных затратах корма собственного производства и энергии собственного производства;
К
макс
ΔС  - экономия затрат на корм за счет нового экономически оптимального управления технологией выращивания (содержания) и за счет экономии покупного корма при замене его на корм собственного производства из аграрной продукции собственного производства и подмешивании в него первой (пометной) и второй (черви) кормовых добавок;
э
макс
ΔС  - экономия затрат на энергию за счет нового экономически оптимального управления технологией выращивания (содержания) и за счет снижения стоимости самой энергии при ее собственном производстве из анаэробных и пиролизных энергоносителей;
агр
ΔЦ - стоимость дополнительной продукции собственного растениеводства за счет удобрения полей аграрной системы полученными органическими и неорганическими удобрениями, биогумусом и биогумусом в компосте.
Поэтому величина прироста прибыли производства ΔП имеет весьма большое значение при подмешивании переработанного помета (см. патент РФ №2327675. Способ и устройство управления экономичной переработкой птичьего помета в промышленном птицеводстве. / А.В.Дубровин, В.Р.Краусп, В.Г.Чирков // БИ. 2008. №18) и червей (см. патент РФ 2 255 077 C1, C05F 3/00, A01K 67/033. Способ получения биогумуса. / А.Б.Ручин, В.В.Ревин, А.Ю.Иванов // БИ. 2005. №18, патент РФ 2 255 078. C1 C05F 3/00, A01K 67/033. Способ получения биогумуса. / С.С.Конин, И.Н.Титов, В.В.Лавров // БИ. 2005. №18, патент РФ 2205163, кл. C05F 3/00, 2003 г., патент РФ 2 274 628. С2 C05F 3/00. Способ производства биогумуса. /Н.А.Баер, А.Д.Неклюдов, В.А.Зиборов, А.Ю.Леонов // БИ. 2006. №11 и другие аналогичные по тематике авторские свидетельства и патенты на изобретения) в корм птице и особенно в корм свиньям и при использовании собственной электрической и тепловой энергии посредством тепловой электрической станции.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1-5.
На фиг.1 приведена обобщенная схема новой технологии по способу безотходного птицеводства и свиноводства с собственным производством кормов и энергии.
Обозначения технологических операций, осуществляемых комплексом: 1 - выращивание кормовых аграрных культур; 2 - приготовление кормов; 3 - птица (конверсия корма в продукцию и в помет), или выращивание и содержание птицы; 4 - свиньи (конверсия корма в продукцию и в навоз), или выращивание и содержание свиней; 5 - производство электрической и тепловой энергии; 6 - экологически чистая сушка птичьего помета; 7 - разведение и сушка навозных червей; 8 - анаэробное сбраживание в метантенке и пиролиз; 9 - аэробное сбраживание птичьего и свиного навоза в пометных траншеях.
Таким образом, при использовании комплекса осуществляют следующие технологические операции.
1. Осуществляют выращивание кормовых аграрных культур 1 и подачу их в цех приготовления кормов для приготовления кормов и временного хранения.
2. Осуществляют приготовление кормов 2 из выращенных кормовых аграрных культур и сухого птичьего помета для птицы 3 и для свиней 4 и подачу кормов соответственно в птичники и в свинарники.
3. Птица (конверсия корма в продукцию и в помет), или выращивание и содержание птицы 3 производят в птичнике с получением мяса птицы, пищевых яиц, а также птичьего помета, который используют:
- для производства энергоносителей (горючий биогаз, смесь горючих неорганических газов, низкооктановое дизельное топливо) с целью последующего производства механической, электрической и тепловой энергии 5 и органических и неорганических удобрений при анаэробном сбраживании в метантенке и пиролизе 8 в биогазовой (в метантенке) и в пиролизной установках;
- при экологически чистой сушке птичьего помета 6 для производства первой кормовой добавки (для птицы и в основном для свиней) при приготовлении кормов 2.
4. Свиньи (конверсия корма в продукцию и в навоз) при их выращивании и содержании в свинарнике позволяют получить свинину, а также и свиной навоз, который используют для разведения и сушки навозных червей 7 в цехе разведения навозных червей при производстве гумуса для подкормки растений при выращивании кормовых аграрных культур 1 и для производства энергоносителей с целью последующего производства механической, электрической и тепловой энергии из органических и неорганических удобрений при анаэробном сбраживании в метантенке и пиролизе 8 в биогазовой (в метантенке) и в пиролизной установках.
5. Произведенные энергоносители используют для получения механической, а также электрической и тепловой энергии 5 посредством электрической станции.
6. Полученный после разведения и сушки навозных червей 7 гумус используют для производства энергоносителей и для подкормки растений при выращивании кормовых аграрных культур 1.
7. Навозных червей после разведения и сушки навозных червей 7 используют для производства второй кормовой добавки (для птицы и свиней) при приготовлении кормов 2.
8. Аэробное сбраживание птичьего и свиного навоза в пометных траншеях 9 при производстве гумуса в компосте для подкормки растений.
На фиг.2 приведена общая схема комплекса безотходного птицеводства и свиноводства с собственным производством кормов и энергии.
Обозначения: 10 - аграрная система с многопольным севооборотом кормовых культур; 11 - цех приготовления кормов; 12 - птичники; 13 - свинарники; 14 - тепловая электрическая станция; 15 - цех экологически чистой сушки птичьего помета; 16 - цех разведения и сушки навозных червей; 17 - биогазовые и пиролизные установки; 18 - пометные траншеи.
Комплекс безотходного птицеводства и свиноводства с собственным производством кормов и энергии включает в себя цех приготовления кормов 11, птичники 12, свинарники 13, цех экологически чистой сушки птичьего помета 15, биогазовые и пиролизные установки 17, пометные траншеи 18, причем в нее дополнительно введены аграрная система с многопольным севооборотом кормовых культур 10, цех разведения и сушки навозных червей 16, тепловая электрическая станция 14, при этом количество полей в аграрной системе с многопольным севооборотом кормовых культур 10 соответствует количеству выращиваемых видов растений, предназначенных для кормовых рационов птицы и свиней, выходы птичников 12 по птичьему помету и свинарников 13 по свиному навозу соединены с входами цеха разведения и сушки навозных червей 16, выход цеха разведения и сушки навозных червей 16 связан с дополнительным входом цеха приготовления кормов 11, входы тепловой электрической станции 14 связаны с соответствующими выходами энергоносителей биогазовых и пиролизных установок 17, выходы электрической и тепловой энергии тепловой электрической станции 14 соединены с соответствующими входами цеха приготовления кормов 11, птичников 12, свинарников 13, цеха экологически чистой сушки птичьего помета 15, биогазовых и пиролизных установок 17, цеха разведения и сушки навозных червей 16, пометных траншей 18.
Таким образом, в комплексе используют следующие связи.
1. Аграрная система с многопольным севооборотом кормовых культур 10 связана с цехом приготовления кормов 11 для приготовления кормов и временного их хранения.
2. Цех приготовления кормов 11 из выращенных кормовых аграрных культур и сухого птичьего помета для птицы и для свиней обеспечивает подачу кормов соответственно в птичники и в свинарники, использование птичьего помета после его экологически чистой сушки для производства первой кормовой добавки и подмешивания ее в кормовые смеси для птицы и преимущественно для свиней.
3. Органические и неорганические удобрения используют в агросистеме 2 для подкормки растений, которые по их созревании поступают в цех приготовления кормов 11 вместе с птичьим пометом и с навозными червями. Количество полей в агросистеме 10 соответствует количеству выращиваемых видов растений, предназначенных для кормовых рационов птицы и свиней.
4. Производимые в цехе приготовления кормов 11 корм птичий и корм свиной подаются соответственно в птичники 12 и в свинарники 13.
5. Энергоносители (горючий биогаз, смесь горючих неорганических газов, низкооктановое дизельное топливо) используются в тепловой электрической станции для производства электрической и тепловой энергии, потребной в технологиях птицеводства и свиноводства в птичниках 12 и в свинарниках 13. Газовое моторное и низкооктановое дизельное топливо от биогазовых и пиролизных установок 17 используется в автотракторной технике при культивации полей аграрной системы с многопольным севооборотом кормовых культур 10, то есть для производства механической энергии.
На фиг.3 приведена общая принципиальная схема устройства цеха приготовления кормов 11.
Комплекс содержит весоизмерители - дозаторы 21, 22, 23 кормовых аграрных культур, своими выходами соединенные с входами смесителей-дозаторов 24 и 25 птичьего и свиного корма, которые являются входами цеха приготовления кормов 11, причем в него дополнительно введены весоизмерители - дозаторы 19 и 20 сухих червей и сухого помета, выходы которых связаны с соответствующими входами смесителей - дозаторов 24 и 25 птичьего и свиного корма, выходы которых являются выходами цеха приготовления кормов 11.
На фиг.4 приведена схема комплекса с системой автоматического управления для обеспечения экономически оптимального управления цехом экологически чистой сушки птичьего помета и цехом разведения и сушки навозных червей.
Система содержит датчики расхода свежего птичьего помета 26 и свиного навоза 27, датчики соответственно температуры 28 и относительной влажности 29 наружного воздуха, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока 35, датчики соответственно температуры 30 и относительной влажности 31 воздуха в помещениях цеха экологически чистой сушки птичьего помета 15, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам вычислительного блока 35, своими первым и вторым выходами связанного соответственно с входом первого 36 и второго 37 блоков управления, выходы блоков управления соединены соответственно с неинвертирующими задающими вторыми входами первого 38 и второго 39 регуляторов расхода части свежего помета и части свежего навоза, к выходу которых подключены пометный 40 и навозный 41 насосы, причем в него дополнительно введены датчики температуры 32 и относительной влажности 33 воздуха в помещениях цеха разведения и сушки навозных червей 16, выходы которых подключены соответственно к пятому и шестому входам вычислительного блока 35, блок задатчиков значения сигналов сформированных величин расхода части свежего помета и части свежего навоза, наименьшего и наибольшего технологически допустимых значений сформированных сигналов расхода части свежего помета и части свежего навоза, констант 34, выход которого подключен к соответствующим дополнительным входам вычислительного блока 35.
добавок
спн
спн
n1
n2
n3
спн
ОПТ
макс продукт
На фиг.5 дана иллюстрация оценки технико-экономической эффективности технологии экологически чистой сушки птичьего помета и выращивания и сушки навозных червей по критерию прироста прибыли в результате суммирования стоимостей затрат энергоносителя на производство этих двух кормовых добавок в искусственно формируемом диапазоне изменения расхода свежего помета и навоза. Показаны: ΔП - прогнозируемый расчетный прирост прибыли в результате экономически оптимального управления; Р  - экономически оптимальное (наилучшее) значение суммарного расхода свежего помета и навоза Р при соответствующих условиях микроклимата технологических помещений здания птичника 12 или свинарника 13, цеха экологически чистой сушки птичьего помета 15, цеха разведения и сушки навозных червей 16; t<t<t - возможное соотношение значений температур воздуха в технологических помещениях линии оборудования для экологически чистой сушки помета и производства сухих навозных червей; Р  - наивысшая производительность технологической линии экологически чистой сушки помета и производства сухих навозных червей.
Система автоматического управления для экономически оптимального управления цехом экологически чистой сушки птичьего помета и цехом разведения и сушки навозных червей работает следующим образом.
добавок
спн
спн
1,2
3
3 опт
Вычислительный блок 35 по данным измерений и задания параметров производства червей, помета и навоза, микроклимата, климата, оборудования и формирования искусственной величины управляемого параметра расхода свежего помета или навоза рассчитывает целевую функцию оптимизации для каждой из двух кормовых добавок ΔП  в выбранном диапазоне изменения Р  за цикл опроса системой автоматизации рассматриваемой биотехнической системы птичника или свинарника. Блоки управления 36 и 37 находят экстремальные (максимальные) ее значение и соответствующее ему экономически наилучшее (оптимальное) значение аргумента функции, то есть экономически оптимальное значение расчетного прироста прибыли от производства обеих кормовых добавок - червей и сухого помета. Затем эти значения подаются в качестве задающих сигналов на задающие входы регуляторов расхода части свежего помета 38 или навоза 39. Они соответствуют режиму максимального прироста прибыли производства дополнительной продукции - двух высококалорийных кормовых добавок в виде высушенных червей и экологически чистого сухого птичьего помета. В результате регулирования расхода посредством пометного 40 и навозного 41 насосов автоматически устанавливаются экономически оптимальные значения величин расхода части свежего помета и части свежего навоза (на фиг.5 показан оптимальный суммарный расход свежего помета и навоза Р ).
Например, совершенно очевидно, что при низкой температуре наружного воздуха затраты на сушку помета и на подогрев компоста с червями повышаются. Поэтому расчетное значение максимального прироста прибыли производства обеих кормовых добавок снижается, и экономически наилучшее значение расхода помета и навоза также следует уменьшить (см. фиг.5). При наличии адекватных и точных математических моделей для конкретных конструкций сушилок помета и червей и компостного хранилища для разведения червей указанные процедуры легко осуществляются посредством вычислительного блока 35.
Технология комплексной переработки части птичьего помета и свиного навоза в две указанные кормовые добавки идет по экономически наилучшей траектории. Обеспечивается экономически наилучшее для технологий переработки части помета и навоза для предприятия в целом соотношение между получаемой новой дополнительной продукцией птицеводства (обеззараженный сухой помет, высушенные черви) и расходуемым на технологии переработки части помета и навоза энергоносителем любого вида.
Комплекс безотходного птицеводства и свиноводства с собственным производством кормов и энергии обеспечивает существенную экономию покупных кормов и энергии и при определенных условиях даже полный отказ от них, точную экономическую оптимизацию технологического режима комплексной переработки помета и навоза, поскольку применяемые для управления полученные из результатов исследований рассматриваемых технологических процессов математические соотношения и используемые в них измеряемые и формируемые сигналы и константы несут в себе точную и полную информацию об управляемом процессе.
Таким образом, предлагаемым комплексом осуществляется новая, технически и экономически высокоэффективная совокупность автоматизированных технологий совместного производства кормовых добавок, энергоносителей и удобрений из птичьего помета и свиного навоза. При этом одновременно полностью решаются становящиеся весьма актуальными для промышленного птицеводства и для промышленного свиноводства следующие задачи.
1. По возможности более полное прекращение бессмысленного расходования предприятием недоиспользованной химической энергии корма птицей и животными в виде простого вывоза птичьего помета и свиного навоза с территории птицефабрики и свиноводческого комплекса.
2. Дополнительное использование теплоты отработанного воздуха птичника для аэрационной технологии производства гумуса из одной части птичьего помета и свиного навоза путем его аэробного сбраживания.
3. Дополнительное энергосбережение на предприятии в результате извлечения из другой части помета и навоза биогенной энергии (органический газ метан) путем его анаэробного сбраживания.
4. Дополнительное энергосбережение на предприятии в результате извлечения техногенной энергии (смесь неорганических горючих газов, дизельное топливо) методом низкотемпературного пиролиза после удаления избыточной влаги из третьей части помета и навоза.
5. Производство коммерчески привлекательного для производителей растениеводческой сельскохозяйственной продукции экологически чистого органического удобрения путем низкотемпературной сушки четвертой части помета и навоза.
6. Существенная экономия комбинированного корма, прежде всего для свиней, а также для птицы, за счет использования биоконверсной энергии из остальной части производимого птицей помета и подмешиваемого в основной комбикорм для птицы и свиней, а также за счет белковой энергетически ценной добавки на основе высушенных навозных червей.
7. Очистка от вредной микрофлоры и от неприятных запахов воздушной среды вокруг каждого птичника и свинарника и в районе размещения птицефабрики и свинокомплекса.
8. Окончательное устранение серьезной экологической проблемы современного промышленного птицеводства и свиноводства по отравлению сырым птичьим пометом и свиным навозом прилегающих к птицефабрике и свиноводческому комплексу земельных территорий.
Очевидно, что предлагаемая технология является системой отдельных автоматизированных технологий переработки птичьего помета и свиного навоза. Она естественным образом предполагает перераспределение их усилий в разное время года: летом - в основном действуют метантенки (в южных регионах страны) и аграрная система, осенью и весной - упор на производство биогумусных и сухих неорганических удобрений, зимой - производство кормовых добавок и комбинированных кормовых смесей (также и про запас) и пиролизных энергоносителей. Агрокомплекс действует весной и летом. Цех по производству навозных червей и кормоцех может работать круглогодично.
В результате реализации описанной технологии на птицефабрике и на свиноферме сельскохозяйственное предприятие вместо тяжелых проблем с экологически опасным полужидким птичьим пометом и свиным навозом получает новые полезные и вполне товарные продукты, ориентированные прежде всего на собственное потребление при производстве кормов и энергии. Это - гумус в компосте, влажное органическое удобрение, сухое органическое удобрение, сухое неорганическое удобрение, горючий газ метан, смесь горючих газов и дизельное топливо, биологическая белковая добавка на основе сухих червей, высококалорийные комбикорма собственного производства для птицы и свиней.
Энергоносители преобразуются в тепловой электрической станции прежде всего в высокотехнологичную электрическую энергию и в неизбежно возникающую при этом преобразовании тепловую энергию. Первая может быть использована в любых технологических процессах: при электропитании систем компьютерной автоматизации, при электроосвещении, при электрическом инфракрасном локальном (местном) обогреве цыплят и поросят и т.п., вторая - в тепловых технологических процессах: при обеспечении микроклимата помещений и общего обогрева птичников и свинарников, при горячем водоснабжении и т.п.
Полностью решается проблема экологической, в большой степени кормовой и частично энергетической безопасности крупного сельскохозяйственного предприятия, существенно повышается его прибыльность за счет значительного снижения себестоимости кормов, энергетических эксплуатационных затрат. Возникает по-настоящему безотходное, культурное, энергетически и экономически высокоэффективное агропромышленное производство с практически замкнутым технологическим циклом и одними только выходами товарной продукции.