Технологические аспекты переработки навоза в высококачественные органические удобрения для растениеводства

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4(08), 2012 г., [172-182] УДК 661.15

А. М. Бондаренко, В. В. Мирошникова

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА В ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ

ДЛЯ РАСТЕНИЕВОДСТВА

Целью работы явилась разработка технологической схемы переработки навоза КРС модульной молочной фермы на 100 голов. Разработан проект модульной фермы на 100 коров с низкозатратной экологически чистой технологией производства молока для малых хозяйств. Молочная ферма представляет собой замкнутую систему по производству молока и удобрений, в состав которой входят модули: административнохозяйственный, кормоприготовительный, основной (для содержания скота), доильномолочный и производственный (по приготовлению концентрированных органических удобрений). Выход подстилочного навоза с модульной фермы на 100 голов КРС составляет более 2600 т/год. Модуль по производству концентрированных органических удобрений, рассчитанный на переработку подстилочного навоза от 100 голов КРС, имеет производительность более 2200 т/год. Разработанная технологическая схема производства концентрированных органических удобрений включает транспортировку твердых органических удобрений от площадки хранения, дробление, обеззараживание и насыщение а-добавкой в биореакторе, накопление, сепарацию, фасовку, транспортировку и внесение на поле или хранение. Для поверхностного внесения удобрения рекомендовано использовать машину для внесения минеральных удобрений типа РУМ (МВУ). Поверхностное внесение удобрений рекомендовано производить при скорости ветра до 5-7 м/с, при скорости ветра до 12 м/с - с использованием специального ветрозащитного устройства конструкции АЧГАА. Установлено, что потери органического вещества и азота твердых органических удобрений при различных способах хранения достигают соответственно 12-33 и 11-31 % и наиболее высоки при аэробном способе хранения. Определена эффективность применения суперудобрений марки «Агровит-Кор»: по удобрительным свойствам суперудобрения превосходят все виды органических удобрений в 20-80 раз, а минеральные удобрения - в 3-5 раз. Дозы внесения суперудобрений на зерновых составляют 0,5-1,0 т/га, на овощах - 1,0-3,0 т/га, для картофеля - 3,3 т/га. В производственных условиях прибавка урожая (средняя за 3 года) на зерновых составила от 10 до 14,7 ц/га.

Ключевые слова: модуль, навоз, ферма, органические удобрения, биогумус, замкнутая система, растениеводство.

A. M. Bondarenko, V. V. Miroshnikovа

TECHNOLOGICAL ASPECTS OF MANURE RECYCLING IN A HIGH-QUALITY ORGANIC FERTILIZER FOR CROP PRODUCTION

The objective of the paper was to develop the technological scheme of manure recycling for the module farm for a hundred head of milk cows. The project of module farm for a hundred head of milk cows is intended for the low cost ecological technology of milk production at the small scale farms. The milk farm is presented a closed system for milk and manure production, it comprises such modules: administrative, feed-preparing, main

(for stock keeping), milking and manufacturing (for concentrated organic fertilizer preparing). The outcome of litter manure from the module farm for a hundred head of milk cows is more than 2600 t/yr. The module of the farm for concentrated organic fertilizer preparing has the productivity more than 2200 t/yr. The developed technological scheme for concentrated organic fertilizer production comprises transportation of solid organic fertilizers form a storage site, grinding, disinfection and enrichment by the а-addition in a bioreactor, accumulation, separation, transportation and applying to the field or storage. For surface applying of the fertilizer it is recommended to use the machine for mineral fertilizer applying of РУМ (МВУ) type. The recommended wind speed for the surface fertilizer applying is 5-7 m/sec, at the wind speed 7-12 m/sec - by using the specific wind-protective device designed by Azov-Black Sea State Agroengineering Academy. It was established that the loss of the organic matter and nitrogen from the solid organic fertilizer at different storage methods reached up to 12-33 % and 11-31 %, respectively. The biggest losses were observed by the aerobic storage. The fertilizing efficiency for applying the super fertilizer of the brand “Агровит-Кор” (Agro-vit-Kor) is 20-80 times higher than for the others organic fertilizers and 3-5 times higher than for mineral fertilizers. The rate of application for grains is 0.5-1.0 t/ha, for vegetables -1.0-3.0 t/ha, for potato - 3.3 t/ha. Under production conditions an average of three years yield increasing for grains was from 10 to 14.7 t/ha.

Key words: module, manure, farm, organic fertilizer, biohumus, closed system, crop production.

К настоящему времени в большинстве регионов России основное поголовье животных сместилось в личные подсобные и фермерские хозяйства, в том числе крупный рогатый скот (около 70 % от общей его численности). Стабильно рентабельным стало производство молока. Для этой категории хозяйств разработаны многочисленные объемно-планировочные решения малых ферм, в том числе молочных вместимостью от 10 до 200 коров и ремонтного молодняка. Однако принятые в них системы содержания животных, механизации и автоматизации производственных процессов не обеспечивают высокой продуктивности коров и снижения затрат на производство молока. Нет в них и решений по утилизации навоза.

В связи с этим по заказу Минсельхоза России нами разработан проект модульной фермы на 100 коров с низкозатратной экологически чистой технологией производства молока для малых хозяйств. Молочная ферма представляет собой замкнутую систему по производству молока и удобрений [1]. В ее состав входят следующие модули: административнохозяйственный, кормоприготовительный, основной для содержания скота, доильно-молочный и производственный по приготовлению концентриро-

ванных органических удобрений (КОУ).

Модуль по приготовлению КОУ - один из важнейших на ферме и определяет во многом экологическую чистоту продукции и экономичность проекта. Производству КОУ предшествует процесс производства твердых органических удобрений (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема технологического процесса производства и использования твердых органических удобрений

Известны три способа хранения получаемого на ферме твердого подстилочного навоза: горячий (рыхлый), холодный (плотный) и горячепрессованный. Первый способ предусматривает укладку навоза в узкие, не шире 2-3 м, бурты, второй - плотную укладку увлажненного навоза в бурт шириной не менее 5 м и высотой до 2 м, третий - укладку слоем 0,8-1,0 м с последующим уплотнением каждого слоя после повышения температуры в бурте до 55-60 °С. При этом в бурт кладут не менее 3-4 слоев навоза высотой не менее 2 м.

При аэробном (рыхлом) способе хранения навоза происходят большие потери органического вещества и азота (таблица 1).

Таблица 1 - Средние потери органического вещества и азота при хранении навоза в течение 4 месяцев

В процентах

Способ хранения навоза Потери органического вещества Потери азота

Г орячий 32,6 31,4

Г орячепрессованный 24,6 21,6

Холодный 12,2 10,7

К недостаткам анаэробного способа хранения (плотной укладки) на-

воза нужно отнести слабую гибель в нем семян сорняков. Поэтому в производственных условиях целесообразно применять горячепрессованный способ хранения навоза.

Однако все эти технологии хранения твердого навоза имеют высокую стоимость, не устраняют засорение бурта семенами сорной растительности, а поля - инородными включениями (бетон, камни, металл, дерево и др.), которые вместе с удобрениями попадают в почву.

Твердый навоз от фермы, твердую фракцию после механического разделения и органоминеральную смесь (компост) можно традиционно вносить на поле под основную обработку почвы или использовать в качестве исходного продукта для производства биогумуса КОУ.

Из многообразия КОУ на юге России наибольшее распространение получили биогумус и суперудобрения (СУ) марки «Агровит-Кор».

Биогумус, получаемый в результате переработки органики с помощью гибрида красного калифорнийского червя, превосходит традиционное органическое удобрение по действию на рост, развитие и урожайность различных сельскохозяйственных культур. В нем содержится до 60 % сухой органической массы, но значительно больше азота, фосфора, калия, других микроэлементов.

Однако технологии его производства рассчитаны на небольшие объемы биогумуса и, как правило, на использование ручного труда.

Суперудобрения - новый вид удобрений. Их применение повышает плодородие почвы, урожайность сельскохозяйственных культур и позволяет получить экологически чистую продукцию.

Принципиальную основу суперудобрений составляют активные центры почвообразования (ЦПО). Высокая активность ЦПО сохраняется в почве более 5 лет. При этом ежегодно за счет активности ЦПО мобилизуется потенциальное плодородие, и ускоряются процессы гумусообразо-вания, что создает как высокий агрохимический фон на уровне парового

поля, так и быстрое повышение содержания специфических органических веществ почвенного гумуса.

С 1992 года проведена широкая апробация СУ в ведущих НИИ страны и в производственных условиях в ряде регионов России и за рубежом [2]. Результаты опытов и производственной проверки показали, что СУ по удобрительным свойствам превосходят все виды органических удобрений в 20-80 раз, а минеральные удобрения - в 3-5 раз. Дозы внесения суперудобрений на зерновых составляют 0,5-1,0 т/га, на овощах -1,0-3,0 т/га, для картофеля - 3,3 т/га. В производственных условиях прибавка урожая (средняя за 3 года) на зерновых составила от 10 до 14,7 ц/га.

Основными компонентами при производстве СУ являются твердый навоз (до 97 %), а-добавка (до 3 %) и отходы растениеводства.

В таблице 2 показан выход подстилочного навоза на модульной ферме на 100 коров, а на рисунках 2 и 3 - схема площадки для накопления и обеззараживания подстилочного навоза крупного рогатого скота (КРС) и схема модуля по производству КОУ.

Таблица 2 - Выход навоза с модульной фермы КРС на 100 коров

Производствен- Количе- ство коров Выход экскрементов Выход подстилки (соломы) Суммарный выход под-

ные группы на 1 голову всего кг/гол. все- стилочно-

кг Ж,% т/сут. т/год в сутки го, т/год го навоза, т/год

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Коровы, в т.ч. дойные 100 75 55 88,4 4,12 1505,6 5,0 136,9 1642,5

сухостойные 13 55 88,4 0,70 255,5 5,0 23,7 279,2

новотельные и глубокостельные (в родильном отделении) 12 55 88,4 0,66 240,9 5,0 21,9 262,8

Нетели за 2-3 месяца до отела 12 27 86,7 0,32 116,8 3,0 13,1 129,9

Телята в профилактории (возраст 10-20 дн.) 6 4,5 91,8 0,03 8,3 1,5 2,8 11,1

Телята от 20 дн. до 6 мес. 60 7,5 87,4 0,45 743 1,5 14,9 89,2

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4(08), 2012 г., [172-182] Продолжение таблицы 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Молодняк 6-12 мес. 15 14 87,2 0,21 38,4 1,5 4,1 42,5

12-18 мес. 30 27 86,7 0,81 148,2 1,5 8,2 156,4

Всего 223 2613,6

Рисунок 2 - Схема площадки для накопления и обеззараживания

подстилочного навоза КРС

I - участок накопления исходного продукта; II - участок расположения оборудования для производства КОУ; III - участок накопления и хранения готовой продукции;

1 - бункер-приемник компонентов (БГК, V = 3,5 м3); 2 - измельчитель компонентов компоста (ДМ-10, N = 37 кВт); 3 - бункер-улавливатель измельченной массы (БГК, V = 3,5 м3); 4 - биореакторы Б1 и Б2 (СП-4000, N = 45 кВт); 5 - промежуточный бункер (БГК, V = 3,5 м ); 6 - сепаратор; 7 - бункер-накопитель готовой продукции (БГК, V = 3,5 м3); 8 - фасовочный аппарат (ФАП-15У); 9 - ленточно-скребковые

конвейеры

Рисунок 3 - Схема модуля по производству КОУ

Технологическая схема производства КОУ включает следующие операции:

- транспортировку твердых органических удобрений от площадки;

- дробление;

- обеззараживание и насыщение а-добавкой в биореакторе;

- накопление;

- сепарацию;

- фасовку;

- транспортировку и внесение на поле или хранение.

Участок накопления I предусматривает одномесячное хранение исходных компонентов. Производительность оборудования для производства КОУ зависит от сроков работы модуля (круглый год или четыре месяца). Площадь под участки накопления производства и частичного хранения КОУ составляет 450-550 м . Участок хранения КОУ представляет собой навес и рассчитан на полугодовые объемы хранения. Площадь навеса составляет до 1400 м . Ежегодное производство КОУ марки «Агровит-Кор» составляет 2221 т.

После буртования и биотермического обеззараживания твердый навоз подается в бункер-приемник 1 и ленточно-скребковым конвейером КЛС-1 (9) транспортируется к технологической линии для производства КОУ (участок II), подается в измельчитель ДМ-10, куда поступают и другие исходные компоненты. После перемешивания и измельчения (дробления) смесь направляется в бункер-улавливатель 3, из которого поступает поочередно в биореакторы Б1 и Б2. Из них масса попадает в сепаратор 6 и далее в бункер-накопитель 7 готовой продукции. Полученные удобрения вывозят в поле или на реализацию в торговую сеть.

Для зерновых и пропашных культур в модуле производится КОУ типа «Агровит-Кор». Оно имеет пылевидную структуру (более 90 % частиц имеют размер около 1 мм), плотность от 0,5 до 0,7 т/м , влажность 40-50 %.

При расчете технологической линии производства КОУ марки «Аг-ровит-Кор» сначала определяют количество обеззараженного навоза:

100 — а , ч

М =М-------------,

н исх 100

где М исх - количество исходного навоза, т;

а - потери навоза в процессе его обеззараживания, %.

При а =15 % и М = 2614 т, М = 2221 т.

г исх 5 н

При работе модуля по производству КОУ в течение 4 месяцев сменная производительность его составит 25,2 т или 4,0 т/ч.

Тогда производительность агрегата для измельчения и смешивания компонентов должна быть Qсм > 4,0 т/ч.

При цикле обеззараживания ? = 30 мин. производительность биореакторов составит:

&1 = ^2 ^ 8 т/ч.

При этом потери органического вещества (ОВ) в биореакторах (Б1, Б2) составляют 1 %.

Следовательно, масса смеси будет равна:

МБ1 = МБ2 = 25,2(1—0,01)=24,95 т/см.

см см “V 7 / У

При фракционировании смеси возврат крупных включений составляет 1 %, следовательно, получаемое количество КОУ составит:

КОУ • М КОУ = 24,95(1—0,01)=24,7 т/см = 3,9 т/ч

или с учетом а-добавки годовой выход КОУ будет М КОУ = 2221 т. Тогда

производительность фасовочной машины должна быть Qфм > 4 т/ч.

Внесение КОУ осуществляется согласно принятым технологиям поверхностно (под основную обработку почвы) или внутрипочвенно (подкормка зерновых и пропашных культур).

Для поверхностного внесения удобрения рекомендуется использовать машину для внесения минеральных удобрений типа РУМ (МВУ). Отличи-

тельной особенностью ее доработанного варианта является совмещение центробежного разброса с пневматическим (рисунок 4). Технологический процесс внесения удобрений при помощи такой машины протекает следующим образом. Удобрения загружаются в бункер. На поле в процессе движения включают донный транспортер, разбрасывающий ротор и две воздуходувки. Удобрения после схода с донного транспортера делятся на три потока. Первый поток центробежный ротор разбрасывает по сектору симметрично оси движения агрегата. Второй и третий потоки подхватываются воздухом и распределяются влево и вправо по ходу движения агрегата.

1 - бункер; 2 - вентилятор; 3 - воздуховод; 4 - донный транспортер;

5 - ротор; 6 - задвижка

Рисунок 4 - Схема внесения КОУ машиной на базе РУМ

Поверхностное внесение удобрений необходимо производить при скорости ветра до 5-7 м/с. Для работы агрегата при скоростях ветра до 12 м/с в ФГОУ ВПО «АЧГАА» и ГНУ ВНИПТИМЭСХ разработано

специальное ветрозащитное устройство.

Для внутрипочвенного внесения биогумуса и КОУ во ФГОУ ВПО «АЧГАА» разработаны приспособления (туковые ящики) к пропашным сеялкам и культиваторам-растениепитателям.

При этом доза удобрений, вносимых в почву, определяется по формуле:

Q

Д=-^Ч

V В

агр р

где Qву - производительность выгрузного устройства сеялки;

V - скорость движения агрегата;

Вр - рабочая ширина сеялки.

Доза удобрений также зависит от производительности выгрузного шнека, конструктивных и технологических параметров базовой машины.

Таким образом, широкая производственная проверка машин и оборудования для производства и применения концентрированных органических удобрений (КОУ) в хозяйствах Ростовской области и Краснодарского края, позволит рекомендовать их для внедрения в типовые севообороты ЮФО и других регионов, а оснащение ферм КРС модулем по приготовлению КОУ позволит расширить их производство и увеличить объемы внесения, что положительно скажется на плодородии почв и получении дополнительных объемов выращиваемых сельскохозяйственных культур с учетом агроэкономических и экологических требований.

Список использованных источников

1 Модульная ферма с низкозатратной экологически чистой технологией производства молока: монография / Э. И. Липкович [и др.]. - Зерно-град: АЧГАА, 2010. - 192 с.

2 Бондаренко, А. М. Механизация процессов переработки навоза животноводческих предприятий в высококачественные органические удобре-

ния: монография / А. М. Бондаренко, В. П. Забродин, В. Н. Курочкин. -Зерноград: АЧГАА, 2010. - 184 с.

Бондаренко Анатолий Михайлович - доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (ФГБОУ ВПО «АЧГАА»), проректор по научной работе.

Контактный телефон: 8 (86359) 41-1-61.

E-mail: bondanmih@rambler.ru

Bondarenko Anatoliy Mikhailovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education “Azov-Black Sea State Agro engineering Academy” (FSBEE HPE “АВSSАА”), Vice-Rector.

Contact telephone number: 8 (86359) 41-1-61.

E-mail: bondanmih@rambler.ru

Мирошникова Валентина Викторовна - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «АзовоЧерноморская государственная агроинженерная академия» (ФГБОУ ВПО «АЧГАА»), начальник научно-исследовательской части.

Контактный телефон: 8 (86359) 43-8-97.

E-mail: achgaa@achgaa.ru

Miroshnikovа Valentina Viktorovna - Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education “Azov-Black Sea State Agro engineering Academy” (FSBEE HPE “АВSSАА”), Head of scientific-research department.

Contact telephone number: 8 (86359) 43-8-97.

E-mail: achgaa@achgaa.ru