автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование и разработка технологий и технических средств для производства экологически безопасных, биологически активных удобрений на основе отходов животноводства и птицеводства

СЕВ^О-ЗДПАДНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТЦ&ГГ МЕХ АНИЗ АЦИ И И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ ^ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

4 „ САНКТ-Т1ЕТЕРБУРГСКИЙ Г ОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АФАНАСЬЕВ ВЯЧЕСЛАВ НИКОЛАЕВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ, БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА И ПТИЦЕВОДСТВА

05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург- Пушкин 2000

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники

ВАГИН Б.И. ' Доктор технических наук, профессор, Член-корреспондент Российской сельскохозяйственной

академии СЫСУЕВ В. А.

Доктор технических наук, старший научный сотрудник

ГРИДНЕВ П.И.

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорации

земледелия (ВНИИМЗ, г. Тверь)

Защита состоится 25 мая 2000 г. В 14.30 на заседании диссертационного совета Д120.37.04 по адресу 189620, Санкт-Петербург-Пушкин, Академический проспект, дом 23, ауд. 719.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

. Диссертация в виде научного доклада разослана Д/ апреля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор СОМИНИЧ A.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследован»» Неэффективное использование готенцналъных ресурсов отходов животноводства и птицеводства является 1ДНОЙ гп основных причин значительного падения плодородия почв. Анализ голожения в животноводстве в период реформирования сельского хозяйства кжазывает. что использование навоза в качестве органических удобрений окрутилось в 1999 году до 17% к уровню 1990 года., т.е. более чем в 5 раз. и оставило 0.5 т в расчете на гектар пашни. Резкое сокращение поступления рганических веществ в почву приводит к снижению ее биологической активности и торможению образования ферментов, которые являются продукции обмена органической жизни и основой взаимной регуляции. В минеральном питании растений, являющемся основой сельскохозяйственного гроизводства в последние десятилетия, как раз не хватает ферментов, а это [риводит к все более низкой усвояемости минеральных удобрений. Так, за юследние 30-40 лет потребность в минеральных азотных и фосфорных удобрениях в расчете на гектар выросла более чем в 2 раза (на примере вырагци-¡ания пшеницы).

В настоящее время в России совершенно неудовлетворительно поставки учет выхода и использования навоза. Потери физической массы навоза ю данным статотчетности достигают 70 %. Особое беспокойство вызывают готери органического вещества и биогенных элементов группы ЫРК в провесе движения навоза от животного до растения. По данным различных ав-оров потери азота достигают 70%, фосфора и калия 40-50 %.

Указанные недостатки в использовании отходов животноводства и птицеводства приводят к ощутимым потерям в сельскохозяйственном пронз-одстве: потенциальный недобор урожая в Нечерноземной зоне оценивается ; 4,5 млн т в пересчете на зерно, а у щерб окружающей среде определяется в ,4 м лрд руб.

Причинами сложившегося положения являются:

- несовершенство применяемых систем удаления, подготовки навоза и несения органических удобрений в почву, не обеспечивающих сохранность г эффективное использование питательных веществ растениями;

- отсутствие в стране организационных форм управления системой кологической безопасности сельского хозяйства в целом;

- низкий уровень учета производства и применения навоза и помета в ачестве органических удобрений;

- отсутствие материальной заинтересованности сельских товаропроизводителей в производстве экологически чистой сельскохозяйственной продукции;

- отсутствие метода комплексной зколого-экономической оценки технологий и технических средств утилизации навоза, оптимизации их параметров и режимов их функционирования.

Таким образом, обоснование и разработка новых технологий и технических средств по производству экологически безопасных биологически активных органических удобрений, оптимизация параметров к режимов их функционирования является одной ю основных проблем животноводческих предприятий и определяет актуальность д;шного исследования.

Научные исследования,, отраженные в научном докладе, выполнялись в соответствии с государственными научно-техническими программами 0.51.531 (1971-1975гг.), 24 (местная тематика 1976-1980 гг.), 0. 51.01 "Воспроговодство почвенного плодородия'^ 1981-1985 гг.), государственной НТП 0.51.02, О.Сх 11, Постановление ГКНТ №364 от 05.08.86 г.. Программа 5.4.2 (НТП СЭВ).(1985-1990 гг.), региональными НТП 5Р 02 "Механизация и автоматизация животноводства» (1991-1995 гг.) и 8Р 03.03, задание 03.03.02.01 «Разработать безотходную ресурсосберегающую технологию утилизации навоза с использованием механизированной линии переработки подстилочного навоза и помета в биологически активные органические удобрения и «Разработать концепцию и основные принципы обеспечения экологической безопасности при производстве продукции животноводства и дать предложения по их реализации», являющихся составной частью Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению АПК Российской Федерации на 1996-2000 гг.

Цель и задачи исследований.

Цель исследований - повышение эффективности использования отходов животноводства и птицеводства путем обоснования и разработки новых экологически безопасных технологий и технических средств превращения навоза и помета в биологически активные органические удобрения.

Задачи исследований:

- провести анализ практически применяемых технологий утилизации навоза, выявить их основные недостатки и определить пути дальнейшего совершенствования;

- разработать экономию-м[¡тематическую модель системы «ферма -сооружения обработки и хранения навоза - почва»;

- разработать математические модели производства биологически активных органических удобрений из навоза и помета;

- обосновать технологические и экологические параметры новых экологически безопасных технологий переработай отходов животноводства и птицеводства в высококачественные органические удобрения;

- создать и исследовать экспериментальные образцы оборудования по обезвоживанию навоза и его осадков, по ферментации органических смесей из навоза и помета на площадках и в закрытых сооружениях.

- разработать методику расчета экологически безопасных технологий и технических средств переработки навоза и помета в биологически активные органические удобрения;

- разработать и внедрить в практику индивидуального и типового про-ектнровашш и работы животноводческих предприятий: нормативные документы, инструкции. методические рекомендации, новые технологические, технические решения и оборудование, повышающие эффективность использования потенциальных ресурсов навоза и помета.

Научную новизну работы составляют:

- в практику индивидуального и типового проектирования и работы животноводческих предприятий системный подход к рассмотрению, анализу э ко л о го - эко ном ич еско й и энергетической оценке существующих и новых технологий и технических средств производства органических удобрений из навоза и помета;

- математические модели производства биологически активных органических удобрений путем экзотермической обработки отходов на открытых площадках и в закрытых сооружениях;

- математические модели комплексных затрат и энергоемкости продукта; переработки навоза и помета;

- новый метод и технические средства переработки навоза и помета в гголнокомпонентные органоминеральные органические удобрения заданного состава;

методика технологического расчета экологически безопасных технологий и технических средств переработки навоза и помета в биологически тктишше органические удобрения.

Практическую ценность диссертации представляют:

- конструкпшно-технологические решения и методы технологических I инженерных расчетов для проектирования предприятий по производству зрганических удобрений;

- исходные требования и технические задания на новое оборудование;

- рекомендации по совершенствовашио технологий и технических грсдств превращения навоза и помета в биологически активные органические добрения;

- индивидуальные и типовые проекты сооружений по переработке отводов животноводческих предприятий;

- научные концепции развития технологий и средств по переработке входов и охране окружающей среды животноводческих предприятии;

- книги и рекомендации по технологиям и механизации производства •добрений из навоза и помета, включающие теоретические положения и [рактпческие результаты данной работы.

Таким образом, научно-техническая продукция, созданная в процессе йботы над диссертацией, доведена до состояния, пригодного для внедрения, сгироко используется в производстве, что дает народному хозяйству значи-

тельный экономически« эффект и способствует повышению качества подготовки специалистов сельского хозяйства.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований, обобщенные в диссертации, использованы при формировании Общесоюзной системы машин: на 1976... 1980 гг. было включено 2 наименований машин (позиции: Ж 15.08, Ж 15.18); на 1981... 1990 гг. включено 5 наименований машин (позиции: Ж 15.08, Ж 15.20, Ж 15.21, Ж 15.24, Ж 15.32); на 1990...2005 гг. включено 5 наименований машин (позиции: Ж 15.2.13, Ж 15.2.16, Ж 15.2.12, и Р 28.27, Р 28.28).

На основании результатов выполненных исследований совместно с институтом-координатором (ВНИИМЖ) и другими институтами разработаны и утверждены в установленном порядке зоотехнические (исходные) требования на следующее технологическое оборудование:

- механизированная линия переработки навоза и помета в биологически активные органические удобрения;

- ферментатор для цеха по производству биологически активного субстрата на основе торфа;

- комплект оборудования для приготовления торфонавозных смесей на фермах КРС;

- стационарная установка для приготовления компостов;

- смеситель-аэратор для приготовления компостов:

- отстойник -сгуститель с механической выгрузкой осадков;

- ленточный вакуум-фильтр для обезвоживания осадков из первичных отстойников и избыточного активного ила;

- аэратор пневмомеханический для очистки сточных вод;

- струйный аэратор для очистки сточных вод;

- аппарат биологической фильтрации навозосодержащих сточных вод;

В соответствии с исходными требованиями и техническими заданиями

ВНИИживмашсм, Запорожским КТИСМом, ГСКб г.Умань, заводом "Рожн-щеферммаш", НПО "Нечерноземагромаш", с участием автора созданы опытные образцы оборудования, которые успешно прошли приемочные государ-ствегаше или межведомственные испытания и поставлены пли рекомендованы к постановке на производство:

- отстойник -сгуститель с механической выгрузкой осадка ООС-25;

- аэратор пневмомеханический для очистки сточных вод ОПН-24;

- смеситель-аэратор для приготовления компостов СА-100;

- струйный аэратор для очистки сточных вод;

- ферментатор для цеха по производству биологически активного субстрата на основе торфа .

Новизна разработок защищена 20 авторскими свидете льствами на изобретения.

На основе новых технологических решений, машин и их комплекте» совместно с Владимирским ЦИТЭПСел1-Аозом,ГИПРОШ1Исельхозом ВНИИМЖем разработаны типовые проекты "Площадки для приготовления 5

К). 20 тыс. т компостов в год" (т. п. 801-9-19.84. 801-9-20.84, 801-9-21.84; «Цеха ;щя приготовления 100, 200 тыс. т компостов в год» (т.п. 817-231,85. 817-232.85).

Кроме этого, результаты выполненных исследований реализованы:

- в индивидуальных проектах очистных сооружений для свинокомплекса "Спутник" Ленинградской области по воспроизводству, выращиванию и откорму 216 тыс. свиней в год;

- свинооткормочном комбинате на 150 тыс. евшей в год и двух репро-дутегорных свинофермах на 70 тыс. поросят в год каждая в объединении свиноводческих совхозов "Новый свет" Ленинградской области;

- свинокомплексе "Восточный" Ленинградской области по воспроизводству, выращиванию и откорму 108 тыс. свиней в год;

- свинокомплексе "Спутник" Ленинградской области по воспроизводству, выращиванию н откорму 216 тыс. свиней в год;

- двух племенных репродукторных свинофермах на 20 тыс. поросят в год каждая, в совхозах "Спиринский" и "Дружба" Ленинградской области;

- площадка компостирования помета на птицеводческом объединении « Синяшшское» ;

- площадка компостирования осадков на свинокомплексе «Восточный» Ленинградской области по воспроизводству, выращиванию и откорму 108 тыс. свиней в год;

- комплекс сооружений доя анаэробной переработки навоза на свиноферме отделения «Ириновка» совхоза «Романовка»;

Основные положения и выводы, сформулированные по результатам исследований, использованы и реализованы в «Общесоюзных нормах технологического проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета» ОНТП 17-81, ОНТП 17-86, в отраслевых стандартах «Испытание сельскохозяйственной техники. Машины и оборудование для переработки и обеззараживания жидкого навоза. Программы и методы испытаний» ОСТ 10.20.8-86, «Установки для метанового сбраживания. Программа и методы испытаний». ОСТ 10.20.1-87, в «Инструкции по лабораторному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах». Часть I, П и III, в методических рекомендациях по разработке и внедрению новых и совершенствованию существующих технологий и оборудования для удаления, переработки и использованию навоза на предприятиях по производству молока, свинины и яиц и обеспечению охраны окружающей среды.

Основные положения. пыпосимые на защиту:

- экономико-математическую модель системы «ферма- сооружения обработки и хранения навоза -почва»;

- математические модели производства биологически активных органических удобрений из навоза и помета;

- новые экологически безопасные технологии и технические средства переработки отходов животноводства и птицеводства в высококачественные органические удобрения;

8- методика и компьютерные программы эколого-экономичеекой оценки существующих и новых технологи'! и технических средств производства органических удобрений;

- методика расчета экологически безопасных технологий и технических средств переработки навоза и помета в биологически активные органические удобрения;

- нормативные документы, шетрукции, методические рекомендации, новые технологические, технические решения и оборудование, повышающие эффективность использования потенциальных ресурсов навоза и помета предназначенные для индивидуального и типового проектирования и работы животноводческих предприятий;

- математические модели энергоемкости продукции производства органических удобрений из отходов животноводства и птицеводства;

- новые конструютгоно-технологические схемы и оборудование, защищенные авторскими свидетельствами и прошедшие приемочные государственные межведомственные испытания.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях РАСХН и МСХиП РФ "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" (г.Москва, 1995 и 1997 гг.), на советско-чехословацком симпозиуме по копрологическим аспектам промышленного животноводства (Ужгород, 1985 г. Костелец над Орлицей 1990 г.) на международных конференциях "Проблемы механизации и автоматизации животноводства" и «Новые технологии и технические средства - основа восстановления отечественного животноводства» (г. Подольск,

1998 1999 г.); IV международной научной конференции "Проблемы охраны окружающей среды при интенсификации производства продукции животноводства" (г.Варшава, 1997, 1998, 1999 г.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ (г.Пушкин 1998,

1999 и2000 гг.), на научно-практической конференции "Экология и сельскохозяйственная техника" (СПб-Павловск, 1998 и 2000 гг.), на НТС Госагро-прома НЗ РСФСР (г.Москва, 1988 г.); на Всероссийском совещании "Интенсификация животноводства и кормопроизводства в Нечерноземной зоне РСФСР" (г.Йошгар-Ола, 1986 г.); на Бюро отделения механизации ВАСХ-НШ1 (г.Москва, 1984 г.); на НТС МСХ СССР (г.Москва 1979 г.), на сессии Отделения ВАСХНИЛ по Нечерноземной зове РСФСР (г.Горький, 1981 г.), на научно-производственном совещании по биологическим методам переработки жидкого навоза (Киев 1985 г.), на Всесоюзной научно-практической конференции «Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе» (Новосибирск 1989 г.), многократно демонстрировались на различных выставках, отмечены 4 медалями ВДНХ.

Публикации. Основные материалы исследований обобщены и изложены в 2 книгах, общим объемом более 35 п.л., написанных в соавторстве, и 99 публикациях, общим объемом около 70 п.л.. в том числе патент России. 20 авторских свидетельств на изобретения, 16 рекомендаций и две научные кон-

цепцин. Прошли государственную регистрацию 11 научных отчетов по выполненным НИР. В работах, выполненных в соавторстве, по взаимному согласию авторам принадлежат равные доли.

Общая программа и методика исследовании.

В качестве объекта (предмета) исследований 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 в почву, подстилочные материалы, экскременты животных и птицы, минеральные и органические добавки, специальная микробная масса.

Программой исследований предусматривалось решение следующих

задач:

- с использованием системного подхода проанализировать базовые и опытные технологии утилизации навоза и разработать математическую модель «ферма - сооружения обработки и хранения навоза - почва»;

- провести эколого-экономическое обоснование наиболее рациональных экологически безопасных систем производства высокоэффективных органических удобрений из навоза и помета;

- исследовать тепловой режим биоконверсного разложения органического вещества в аэробных условиях;

ооосновать технологические экономические и экологические критерии готовности органических удобрешш с учетом требований почвы и растений;

- разработать математические модели экзотермической обработки органических отходов на открытых площадках и закрытых сооружениях

- определить физико-механические, теплофизичеекие. агрохимические и санитарно-гигиенические свойства экскрементов, подстилочного, полужидкого, жидкого навоза, а также его осадков;

- провести испытания технологической линии дозированной подачи и смешивания компонентов компостных смесей, укладки их в бурты и периодического перемешивания смеси на площадках, приготовления компостов;

- обосновать конструкцию механизированной линии переработки навоза и помета в экологически безопасные биологически активные органические удобрения в закрытых сооружениях, изготовить опытный образец и проверить линию в производственных условиях, установить параметры и режимы ее работы;

- проверить в производственных условиях качество функционирования экспериментальных и опытных установок и технологических линий;

- разработать методику технологического расчета экологически безопасных технологий и технических средств переработки навоза и помета в биологически активные органические удобрения.

Для проведения экспериментальных исследований были созданы специальные стенды и установки для определения физико-механических и теп-лофизических свойств подстилочного, полужидкого и жидкого навоза, а так-

же их смесей с влагопоглощакшшми добавками; по определению их тепловыделения при биохимической переработке, параметров и режимов работы устройств по механической выгрузке осадков из отстойников, режимов обезвоживания осадков на центрифугах с применением флокулянтов, режимов функционирования бноферментатора и др.

Для проведения межведомственных и приемочных государственных испытаний на основашш подготовленных исходных требований и техзаданий были разработаны и изготовлены опытные образцы следующего оборудования:

- механизированная линия переработки навоза и помета в биологически активные органические удобрения:

- ферментатор для цеха по производству биологически активного субстрата на основе торфа;

- стационарная: установка для приготовления компостов:

- смеситель-аэратор для приготовления компостов;

- оборудование механической выгрузки осадков из отстойников;

- аэратор пневмомеханический для очистки сточных вод;

- струйный аэратор для очистки сточных вод;

Опытно-производственная проверка и приемочные государственные

испытания перечисленных выше технических средств проводились на свинокомплексах совхозов 'Восточный". "Спутник". "Дружоа", "Сшгрпнскик", ПО «Синявинское» Ленинградской области, птицефабрик! «Центральная» Владимирской области.

Наряду с техническими параметрами работы отдельных машин, оборудования и лишай, определялись технико-экономические показатели работы предприятий.

В процессе исследований и испытаний использовались методы планирования экспериментов, современная измерительная аппаратура и вычислительная техника. На отдельных этапах исследований проводилось математическое моделирование процессов.

Обработка опытных данных и их графическое оформление выполнены на компьютере с использованием статистического пакета "STATGRAPHICS" версии 2.1 и "EXCEL-97".

Расчеты моделей производились по программам на языке "Visual Basic" (см. приложение к диссертации "Программы для расчета моделей").

Личное участие автора при вьпшлнешш диссертации заключается в:

- обосновании и формулировке концепций, идей, технологических и технических решений, создании объектов испытаний;

- проведении теоретических и экспериментальных исследований;

- разработке программ и методик исследований;

- формулировке, по результатам исследований, выводов и рекомендаций;

- разработке исходных требований и технических заданий fia новые машины и оборудование, согласование и утверждение их в установленном порядке;

- участии в приемочных государственных испытаниях машин и оборудования. разработанных по результатам исследований;

- защите рекомендаций и других разработок на научно-технических советах всех уровней;

- участил в разработке индивидуальных и типовых проектов свиноводческих предприятий;

- представлении результатов научны:-; исследований на Всесоюзных, республиканских и международных конференциях, совещаниях, симпозиумах, выставках и ярмарках.

Под научным руководством автора при выполнении отдельных разделов, приняли участие сотрудники лаборатории экологической безопасности животноводства: кандидаты тех. наук Миллер В.В., Яблочков В.И.. Цветков С.А., Сокольников В.А., Харитонов А.Н.. Голышев Д.С., Максимов ДА., Ту-ваев В.Н., Подпорин A.B., JIonec де Гереню В.О., канд. с/х наук Поздеета Е.С., инженеры Марцулевич И. А., Мельник Г.Г., Вайсберг О.Я., Вяткшг А.И., Искра U.C., Гусинцева Л.П., Афанасьев AB.. Никольский А.Е.. агроном Павловская H.A., техники Алексеева Р.Н., Пилнлейко Э.К., Кальченко И.В., а также сотрудники отдела внедрения: инженеры Игнатьев В.М., Крагин В.А.., сотрудники проекгно-технологического отдела ОКПТБ Дунаевский В.Ф., Герасимова З.В., Якимович O.E. Всем им и всему коллективу СЗНИИМЭСХ автор выражает искреннюю благодарность.

Научными основами настоящего исследования явились труды ведущих ученых по фундаментальным и прикладным аспектам технологии и механизации сельскохозяйственного производства академиков Кармановского Л.П., Ковалева Н.Г.. Красношскова Н.В.. Кряжкова В.М., Липковича Э.И., Рунова Б.А., Сыроватки В.И., Эрнста Л.К., Янковского И. Е. и докторов наук Агеева Л.Е., Алешкнна В.Р., Антипина В.Г., Артюшина A.A., Архнпченко И.А., Барсова H.A., Barrara Б.И., Вайнруба В.И.. Васильева A.M., Гридиева П.И., Гуляева Н.Ф., Дэвидсона Е.И., Калюгя В.В.. Капустина В.П., Карташо-ва Л.П., Кобы В.Г., Коваленко В.П., Ковалева А.А.,Ковальчука Ю.К., Козловского Е.В., Лпншпса Н.К.., Марченко Н..М., Мельникова C.B., Мирного А.Н.. Михеева Г.И., Мишукова Б.Г., Морозова Н.М.. Николаеева Д.И., Попова В.Д., Радныха В.В, Сечкина В. С., Скробача В.Ф., Сысуева В. А., Сычугова H.II, Ха:мнова Е.Е. и друтих ученых.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Анализ информации, практического опыта и результатов собственных исследований показывает, что использование навоза в качестве удобрения должно быть в наиболее оптимальной для растений форме и безопасной для природы.

Использование навоза и помета в исходном виде имеет целый ряд негативных последствий: повышенная влажность навоза требует больших капиталовложений на строительство хранилищ и транспортных затрат при внесении навоза в почву; низкое содержание гуми новых веществ не обеспечивает повышения почвенного плодородия; разложение аммонийного азота в естественных условиях приводит к образованию нитритов и нитратов с последующим накоплением их в растительной продукции; снижение урожайности основной культуры из-за наличия большого количества семян сорных растений; возможное заражение продукции из-за наличия в навозе яиц и личинок гельминтов и патогенной микрофлоры.

Основой органической жизни является биологический оборот питательных веществ, в котором участвуют, как растения, так и животные. При этом растения под действием солнечной энергии разлагают углекислый газ атмосферы и поставляют в биологический оборот углерод, а в атмосферу кислород. Животные используют растения как корм, фиксируют азот и поставляют его за те.м в биоценоз почвы, который обеспечивает растения питанием, а в атмосферу поставляет углекислый газ.

В настоящее время сформулировались две наиболее важных биотехнологических концепции переработки органического вещества из навоза и помета:

- анаэробное сбраживание с получением биогаза;

- экзотермическая ферментация или компостирование, обеспечивающее получение гумусного субстрата.

Внесение навоза в почву в исходном виде обеспечивает лишь гниение, в результате которого образуются вещества с низкой устойчивостью. В то же время синтез высокомолекулярного гуминового продукта из органического вещества, поддерживающего плодородие почвы - это микробиологический процесс с большими энергетическими затратами. Поглощение энергии в процессе анаэробного сбражива-

ния для производства биогаза, приводит к её недостатку для синтеза устойчивого гумуса.

Биоэнергетический потенциал почвы в конечном итоге лишается ценности и ведет к энергетическим затратам в сельскохозяйственном производстве для улучшения низкого плодородия другими средствами. например, применением искусственных удобрений, более тщательной обработке почвы, более высокими требованиями к влажности и т.д., сумма которых значительно больше стоимости энергии, получаемой в форме биогаза.

Использование навоза в виде гуминового компоста улучшает водоудерживагощую способность почвы и способствует сохранности питательных веществ, созданию жизненных условий для полезных почвенных организмов, удушение состояния окружающей среды, широкое и эффективное использование удобрений по различному назначению.

Зрелый компост является устойчивым продустом. который не представляет трудностей в хранении, у него нет неприятного запаха, патогенных организмов, вредных сорняков и других фитотоксичных веществ; он улучшает качество почвы и растений, ускоряет обмен питательных веществ между корнями и почвой.

1. Разработка математической модели системы «ферма-сооружения обработки и хранения навоза - почва» и эколого-экономическое обоснование технологий производства органических удобрений.

Для утилизации навоза и помета разработано достаточно технологий и технических средств, но большинство из них предназначены для отдельных технологических процессов (удаление навоза, переработка и хранение, внесение их в почву). Лишь единицы разработанных технологий рассматриваются как сквозные, охватывающие все операции, воздействующие на навоз на всем пути движения от животного до растения. Однако и в этом случае, как правило, не учитываются в полной мере, как свойства исходного сырья, так и свойства приобретенные органическим удобрением в процессе их производства. Далеко не полностью учитываются возможности отрицательного воздействия навоза и удобрений на окружающую среду.

Новые методы формирования технологий с учетом отмеченных недостатков позволят существенно повысить эффективность существующих технологий, а появление высокопроизводительных вычисли-

тельных машин с неограниченным объемом памяти позволяет поставить решение указанных выше задач на практическую основу.

С учетом изложенного порядок формирования новых технологий и технических комплектов удаления, переработки навоза, хранения и внесения органических удобрений в почву включает следующие действия:

- проведение научного анализа существующего положения в отрасли, с отражением всех положительных и отрицательных сторон системы утилизации навоза;

- формализованное описание системы с расчетом всего многообразия её функционирования и взаимодействия входных и выходных параметров;

- разработка математической модели в общем виде, а также комплекса локальных моделей различного вида, обеспечивающих полное описание системы в целом, отдельных элементов и их взаимосвязи;

- обоснование критериев оценки новых технологий и технических средств;

- сбор и обработка информации об условиях функционирования. технологиях и технических средствах системы, создание банков данных:

- непосредственное формирование новых технологий и технических средств утилизации навоза.

- разработка алгоритмов, вычислительных программ, проведение оперативного расчета элементов системы на основе математических моделей.

1.1. Анализ развития систем удаления, обработки и использования навоза

Анализ развития животноводства в 20-м столетии показывает, что вплоть до конца 60-х годов почти все поголовье скота было сосредоточено на фермах крупного рогатого скота до 100 голов, свиней до 1000 голов и птицы до 10 тыс. голов.

Животных на таких фермах, как правило, содержали на глубокой подстилке, с удалением навоза 1-2 раза в году. Находясь в помещении в зимний период, в навозе проходили биотермические процессы, что создавало хороший микроклимат, достаточную температуру даже в наиболее холодные зимние месяцы. Подстилка, биотермиче-

ские процессы, а также система отвода жидкой фракции из навоза в жижесборники обеспечивали получение высококачественных удобрений с хорошими физико-механическими, санитарно-гигиеническими и агрохимическими свойствами. Уменьшение массы навоза по сравнению с расчетной на 20-25% за счет биотермических процессов и отвода жидкой фракции, а также рассредоточение ферм на территории пашзш-все это снимаю проблемы по транспортировке и внесению навоза в почву.

Концентрация животных на ограниченной территории вызвала целый ряд проблем по многим вопросам, при этом одной из важнейших проблем оказалось удаление, обработка и использование навоза.

Анализ типовых проектов ферм и комплексов по содержанию корда и свиней показывает, что чем крупнее жшкгтаоводческое предприятие, тем выше разбавление навоза водой и больше его выход (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика ферм и комплексов по выходу навоза

Ферма, шмплекс Тсянхтаия содержания, система удаления Втаясиоэть навоза. % Огшшениг

Мпочная фрма на ИХ) голов Плбэкая подстилка со сбором жижи 75-78 0,7

Молочная (¡ерма на 100 толов ГЪдлмлочное содержание. лЕштссиэеузалениг повоза 86-90 1,1

Маточная (}срма на 800 голов Бхподлигючше содфжашс, пиршзлтесюе >зд-юнис. навоза 92-94 1.6

Комплекс по откорм КРС на 5000 голов Бесшдлшочше ссщзиканиз, тлраатичеаое уддхниз навоза 93-95 ? ^

Свишмэмггкяс на 24 тыс. голов Гйспо.ттито" изо содержание, ггараатакзсюе>дагкииг навоза % з

Свивошмшенг на 54 тыс. голов Бсешдетточтюе содержание, щпраалшесюе удаление навоза 98 6,1

На фермах неудовлетворительно поставлен учет выхода навоза. Так, во всех справочниках по органическим удобрениям дается выход подстилочного навоза для условий Северо-запада - 9-10 т на корову в год, в то же время выход смеси только экскрементов с минимальной дозой подстилки составит не менее 50 кг в сутки или 15 т/год, С уче-

том снижения физической массы в процессе хранения за счет разложения органического вещества равного 20% потери навоза достигают 2,5 т на голову в год.

Эти потери возникают вследствие отсутствия сбора и учета жижи, выделяемой из подстилочного навоза. По данным Шкарды М. потери физической массы подстилочного навоза достигают 35%, бесподстилочного - 10% и навозной жижи - 13%.

• Особенно велики потери навоза в России от его недоиспользования. Снижение поголовья б реформенный период вызвало уменьшение выхода навоза, однако, его использование сокращалось еще более интенсивно. Если в 1990 году было использовано около 85 % произведенного навоза, то в 1998 году этот показатель снизился согласно ста-тотчетности до 28,7%.

Особое беспокойство вызывают потери органического вещества и биогенных элементов группы МРК в процессе движения от животного до растения.

Потери питательных веществ по данным различных авторов приведены в табл. 2

Существующие системы подготовки и внесения органических удобрений в почву не позволяют раст ениям полностью использовать их питательные вещества. Это приводит к чрезмерному накоплению их в почве, что в свою очередь способствует вымыванию в грунтовые и подземные воды, а так же в отрытые водоемы, улетучиванию азота в атмосферу. Все это отрицательно влияет на качество окружающей среды.

Использование КРК органических удобрений растениями, по данным различных авторов едва достигают 50-55% по азоту, 40-50% по фосфору и 60-70% по калию.

При проведении массового обследования животноводческих ферм в бассейне Ладожского озера нами установлено:

- около трети ферм являются экологически опасными;

- влажность навоза значительно превышает влажность естественных выделений животных, увеличивая их объем в 2 - 3 раза;

- менее половины объема используется в качестве органических удобрений;

- хранилища, отвечающие экологическим требованиям, могут вместить только пятую часть объема навоза;

Такое положение приводит к тому, что более 10% имеющегося в навозе фосфора попадает в водные источники и большая часть в конечном итоге поступает в Ладожское озеро.

Таблица:

Потери, о к исходному навозу

Вид операции и навоза N Р 1 К

Компостирование (Васильев, 1988) до

состояния:

- полупсрспревший 8,2 8,0

- перегревший 33.0 28,0 _ *

- перегной 52,0 27-44 _ $

Компостирование (Попов, 1988) помета

- в производственных условиях 25,0 15,0 го

- в зксисриментапьных условиях 5-12 2-8 2-5

Хранение подстилочного навоза

(Васильев, 1988) 12-44

- компостирование 15 .*

Хранение (Попов, 1988) помета

- полуокидкки помет 52-82 27-44 44

- жидкий навоз 20 12 10

Хранение (Кориат. 1978)

- бесподстилочный навоз 15-35

- твердая фракция 5-12 0,5-1.0 4045

Хранение (Шкарда, 1985) 30-40 10 20

Хранение (Малофеев, 1986)

- на плошадке. сухой помет (N=3-37%) 21-52 3-31 10-27

- в помещении на деревянном полу,

сухой помет (\¥=20%) 2,0-2,5 0,5-1,0 4,0-6,0

данные не приведены.

Расчеты показывают, что экологический ущерб, только в Нечерноземной зоне составляет не менее 3,4 млрд. рублей, недобор урожая составляет примерно 4,5 млн тонн в пересчете на зерно.

Анализ существующих технологий и технических средств однозначно показывает на необходимость коренного повышения эффективности использования всех удобрительных ресурсов навоза и помета. Превращаясь в высококачественные органические удобрения, они становятся не только питательным, но и биологически активным гсом-

понешом почвы, стимулируя плодотворную деятельность почвенной микрофлоры.

Однако такого участия навоза и помета в биологическом обороте можно достичь путем целенаправленного воздействия на отходы при одновременном жестком контроле за процессом на всем пути движения навоза и помета от животного до растения.

1.2. Формализованное описание системы.

При формализации системы утилизации навоза исходили из условия биологического оборота процессов, заключающихся в получении экскрементов от животных, нормализации их состава, обеспечивающих активизацию почвенной микрофлоры и питание сельскохозяйственных растений, в основном, предназначенных на корм животным, при активном влиянии внешних воздействий на систему.

В качестве внешних воздействий участвуют хозяйственные условия, применяемые технологии, состоящие из процессов и операций, а также технические средства для выполнения операций.

Всс внешние воздействия должны быть направлены на создание биологически замкнутой, изолированной от окружающей среды системы.

Для формирования любой технологии необходимо принять следующие предпосылки:

- на всех этапах воздействия в качестве предмета труда выступает один и тот же продукт - экскременты животных, физико-механические, микробиологические, агрохимические и санитарно-гигиенические свойства которых изменяются целенаправленно в сторону требуемых почвой конечных показателей;

- начальное состояние экскрементов для всех видов органических удобрений имеет один и тот же вектор состояния, определяемый видом животных иди птицы;

- вид получаемого удобрения в процессе переработки экскрементов определяется физико-механическими, агрохимическими, санитарно-гигиеническими и друг ими требованиями почвенной микрофлоры и растений, а также экологическими требованиями внешней среды.

Под воздействием операций, технологических процессов и технологий экскременты животных преобразуются в органические удобрения в соответствии с фазами их превращений {рис. 1).

Вари-

1 анты

е Т тт

X

и

о 1 1

л

О г

г

и

и п-1 и-1

п 11

Опера-цшт О б

I II о Р

и3П) А 1 1 У д

2 2 О

-1 в

а и и

т-1 т-1 е

га 1П

Щ) про цеду ры 1 1 1 2 Ь-1 Ь

П 1 2 Ь-1 Ь

Блоки

Рис. 1. Модель системы «ферма - сооружения обработки и хранения навоза - почва» в общем виде.

Экскременты животных, превращаясь в органические удобрения, переходят из состояния Хн в состояние Хк под воздействием управления ЩуД), где 1 - номер технологии, ] - номер процесса, 1 -номер операции.

Воздействие на экскременты оказывают как технологии в целом, так и определяющие их процессы и операции. Принятая технология в совокупности с процессами и операциями, а также внешние условия определяют, как вид органического удобрения, так и основные 2го показатели.

Внешние условия А характеризуются сложившимся типом животноводства, экономическим состоянием и природно-климатическими факторами,

В общем виде, математическая модель «ферма - сооружения обработки и хранения навоза - почва» может быть записана в виде соотношения:

ХК=АХ0 + Г,рш =Г3р„ (1)

где Р], Р2 и Р.- - векторы управления фазами превращения экскрементов животных в удобрения; II], Иг и из - технологии, процессы и операции, как векторы управления состоянием экскрементов в определенных точках процесса переработки; А - вектор внешних условий переработки экскрементов; Хн и Хк - начальное и конечное срстояние экскрементов.

Технология характеризуется текущим состоянием экскрементов животных и содержит следующие составляющие:

Оэ - масса экскрементов;

\¥н- влажность экскрементов:

ЫРК - общее содержание питательных веществ по КРК;

АОэ - потери физической массы экскрементов;

ДЫРК - потери питательных веществ;

Зэ - энергозатраты;

Зт- затраты топлива;

Зтр - затраты труда;

М - металлоёмкость.

Таким образом, технология производства органических удобрений из отходов животноводства является сложной системой, включающей в себя модели отдельных процессов и операций, сформированных в определенной последовательности.

1.3. Экономико-математическая модель системы

«ферма - сооружения обработки и хранения навоза - почва».

В качестве основной математической модели для обоснования технологий и технических средств утилизации навоза предлагается трехуровневая модель (рис. 2)

Рис. 2. Общая струетура математической модели.

Модели видов органических удобрении формируются из отдельных технологических процессов, которые в свою очередь представляют собой комплекс технологических операций. Операции выполняются отдельными машинами, которые обеспечивают переход продукта обработки (экскрементов) из предыдущего состояния в некоторое новое состояние.

На техническое средство в процессе выполнения операции действуют входные возмущения, определяющие выходные показатели. В качестве входных возмущений принимаются: объем работы, вид, консистенция экскрементов, экономическое состояние хозяйства и природно-климатические условия. Выходные показатели выделяются в 2 группы: технико-экономические и качественные.

Основными технико-экономическими показателями являются: энергоемкость, трудоемкость, металлоемкость, расход топлива, а также продолжительность выполнения и объем работ.

Качественные показатели выполнения работы в основном характеризуют состояние продукта обработки, потери физической массы, потери питательных веществ, а также экологические воздействия.

Показагпели тех иол оги ческа й операц и и. Продолжительность выполнения операции при заданном объеме работ:

ГР=-т--—, (2)

(ТРП^шксмКсп

где - общий объем работ данного вида: О, - производительность й>й машины; кпсп - коэффициент использования рабочего времени: тсы - продолжительность смены; ксм - коэффициент использования времени смены.

Удельные затраты энергии:

-^-' <л>

1 -и0

где ЭД - установленная мощность рабочей машины; п; - количество машин ¿-го вида; к\. - коэффициент использования мощности: Упл - планируемая урожайность продукции, полученной от использования удобрений; Б - площадь удобряемой пашни. Удельные затраты труда:

(¿вдг,

= —(4)

где Ч - количество персонала на 1 - той машине. Удельный расход топлива:

3Т -----. (5)

У Я

где gтi- удельный расход топлива; Им- мощность машины. Удельная металлоемкость определяется по формуле:

{±М,гь)Тр

М. -— . (6)

У ЯГ- '

где М; - масса 1 -ой машины; Тг - годовая загрузка машины.

Критерии технологического процесса. К ним относятся: затраты труда, энергоемкость, металлоемкость, эксплуатационные затраты, затраты топлива. Всс эти критерии объединяются комплексными затратами, определенными по формуле:

а,=1 [И ,>,,)], (7)

где сг, - комплексные затраты ¡-того технологического процесса, состоящего из гп операций; И, - эксплуатационные затраты ]-того технологического процесса; Е - коэффициент эффективности капитальных вложений; К, - капитальные затраты ]-того технологического процесса.

Основным критерием оценки системы «ферма - сооружения обработки и хранения навоза ~ почва» являются удельные комплексные затраты в расчете на I т запланированного урожая картофеля:

т

сг - ¿1--> пип (8)

ЯхУм

где С:>, - затраты на приобретение и внесение компенсирующих материалов.

Вторым критерием является коэффициент экологической безопасности системы.

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

Самым объективным показателем уровня экологической опасности 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.

Поэтому на современном этапе в качестве коэффициента экологической безопасности предлагается использовать отношение объема питательных веществ доведенных до растения к объему КРК в навозе, выходящем с фермы.

Численное

значение Кэ*.б.» определенное по литературным источникам и результатам собственных исследований для ферм с подстилочным содержанием животных, приведено в табл. 3.

Оценка технологий отдельно по каждому из указанных выше критериев не полностью отражает преимущества и недостатки той или иной технологии. Низкие комплексные затраты как правило характеризуют технологию, имеющую значительные потери питательных ве-

ществ. И наоборот стремление к полной сохранности питательных элементов ведет к дополнительным капитальным и эксплуатационным затратам. Поэтому, условный обобщенный критерий определяемый величиной затрат, приходящихся на единицу объема питательных веществ, доведенных до растения является наиболее объективным.

Таблица 3

Ориентировочные значения коэффициента экологической безопасности Кэк.б при ферментативной _переработке подстилочного навоза_

Характеристика Потери ЫРК, % Коэффи-

технологии ЕЫРК В том числе циент

N Р К Кэк.б

Ферментация пас- 40-50 61-68 18-22 17-20 0,5-0,6

сивная, внесение в

разброс

Активная фермен- 28-34 42-48 13-17 13-16 0,66-0,72

тация, внесение в

разьрос

Ферментация в за- 14-18 20-25 8-12 3-7 0,82-0,86

крытых сооружени-

ях, внесение в раз-

брос

Ферментация пас- 32-38 47-54 18-22 12-17 0.60-0,68

сивная, внесение

локальное.

Ферментация ак- 20-25 40-45 12-16 9-13 0,75-0,80

тивная, внесение

локальное

Ферментация в за- 5-9 10-15 4-7 1-3 0,91-0,95

крытых сооружени-

ях, внесение ло-

кальное

Величина его определяется по формуле:

(9)

К ЭК.б

где, К,к.б- коэффициент экологической безопасности.

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 собой технический уровень развития техники.

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

'Эс-Эп + Эо. ' (10)

где Эв - прямые энергозатраты; Эс - овеществленные энергозатраты. Прямые энергозатраты определяются по формуле:

ЭП - '>;/! - ЭШГ +ЭЛГ, . (П)

где Эпэ - затраты электроэнергии, Э п„ - затраты горючего и топлива. Эги - затраты тепла.

Овеществленные энергозатраты определяются по формуле: Эо ~ Эогт + -- оз + Эог + Эоз + Эогс +Эов ±Эоп +Эом, (12) где Эогт - энергоемкость жидкого топлива, Эоэ - энергоемкость электроэнергии, Эот - энергоемкость тепла, Эоз - энергоемкость зданий, Эотс - энергоемкость технических средств. Эов - энергозатраты на воду, Эож - затраты энергии живого труда, Эои - энергосодержание подстилки, Эом - энергосодержание минеральных удобрений.

Оценка технологий проводится в расчете на 1 т запланированного урожая, поэтому удельные энергозатраты с учетом КЖб являются показателем эффективности каждой технологии и определяются по формуле:

Э

О ____/1 г* \

VO.it ~ р. г Гу. О-5/

ПЛК ЭК.Б

1.4. Разработка моделей для расчета технологических процессов

Основой производства органических удобрений являются экскременты животных и птицы. В процессе движения их от животного до растения происходит случайное или целенаправленное изменение, как физической массы, так и качественных показателей. Вид получаемого удобрения, как правило, зависит от принятой технологии удаления навоза, качество —от технологии обработки и хранения удобрений, а усвояемость растениями - от технологии внесения в почву.

В связи с вышеизложенным согласно принятой модели - «ферма - сооружение обработки и хранения навоза - почва» система рассмат-

риваетея как единое целое с целью максимального повышения эффективности применения и получения высокой урожайности сельскохозяйственных культур. Все действия, направленные на предмет труда, призваны на как можно более полное использование всех удобрительных ресурсов отходов животноводства по назначению.

Переработка экологически опасного сырья (экскрементов) в высококачественные органические удобрения сопровождается повыше-.нием качества в процессе обработки (повышение биологической активности, накопление гумуса, обеззараживание, инактивация всхожести семян сорняков), а также добавлением компенсирующих добавок, недостающих для растений компонентов - влагопоглощающих, известковых и минеральных веществ.

Определение выхода навоза с ферм и его качественных показателей. В основе расчета использованы нормативные материалы по выходу экскрементов, применению подстилки, расходу воды в зависимости от половозрастных групп и структуры стада.

I. Суточный выход экскрементов на ферме определяется по формуле:

где N3 - количество животных в половозрастных группах; N1 - количество групп на ферме; gi - норма выхода экскрементов от животного в сутки.

2. Суточный расход подстилки:

(14)

]=1

(15)

где Р, -норма расхода подстилки на одну7 голову в сутки.

3. Суточный расход воды:

л,

В = N

(16)

где Тс - стойловый период.

5. Влажность получаемого навоза можно определить:

+ РП';. •+ \()()В

¡V,, — ---^--, (18)

" Оэ+Р + В

дс Жэ , IVц - влажность экскрементов и подстилки

6. Концентрация КРК,

,. ООО -Г»)+(100-УГВ)Р„К?

X °Э< (¡00- ^ ) + ( ¡00- И']; )РП •де КС;'М - концентрация НРК смеси, - потери ЫРК в процессе

1роизводства и удаления навоза.

Производство и хранение органических удобрений. В процесс производства и обработки навоза относятся операции разделения на-юза, смешивания его с влагопоглошающими материалами и анаэроб-юй ферментации, а также хранение навоза и органических удобрений ъ его выгрузки.

1. При разделении навоза на фракции масса каждой фракции определяется по формулам:

т ау -\у )

т. = исхК ""-, /и, = п> - т,. (20)

1 "

где шКсх, Шь пъ ~ соответственно масса- исходного навоза и его фракций, Л\;исх5 \¥: - влажность исходного навоза и его фракций.

2. При смешивании навоза с злагопоглощаюшими материалами потребность в последних определяется по формулам:

IV - IV

М.„ = м ч - я . МС\< « ми + Мт. (21)

ш -IV ' " см 'г т

где М-г, и М<:м - масса влагопоглощающего материала и смеси; \¥т, \¥см - влажность влагопоглощающего материала и смеси.

3. Влажность компостов после ферментации смеси

IV, =100

(1-8)(100-Пгсм)100

!(Ю-бс(!(Ю~- \¥ал) (22)

где 5 - коэффициент разложения органического вещества в процессе обработки.

4. Масса полеченного компоста:

М -Мсм[/-бе (1-0МтМ (23)

Содержание ИРК в ком постах, определяется по формуле;

. к^м^аоо-Шг,,.)

Коор - (1 - 1 001>\—+-—-—— (24)

' МК(100~1ГК) '

где /°°р - потери КРК в процессе обработки навоза, Мк - масса готового удобрения.

Внесение в почву.

1. Содержание КРК в удобрениях, поступивших в почву:

К™ =(\-у™)К*аобр, (25)

где - потери МРК в процессе внесения удобрения в почву.

2. Площадь внесения удобрений определяется питательным элементом, дающим максимальную величину площади:

10000..д (1 - о,О Ж'., ж ?К6;' 100 .у--^-:-»¿-1—I-->тах. (26)

100У,иВгП}К.!Ь где 0Уд - масса органических удобрений. К™ - коэффициент

использования №К из удобрений; В, - вынос КРК урожаем картофеля. УПл - планируемый урожай картофеля, П, - содержание питательных элементов в почве, КП] - коэффициент использования питательных веществ из почвы.

3. Потребность в дополнительном объеме минеральных удобрений определяется по формуле:

л- = (^ощ^^-о^к-1 юк';ш>к;:!'

где Бгек - площадь внесения удобрений, К^гн - коэффициент действующего вещества в минеральных удобрениях; - коэффициент использования КРК минеральных удобрений.

1.5. Оценка технологий и технических средств биоферментации

навоза и помета.

В соответствии с разработанной экономико-математической моделью системы «ферма - сооружения обработки и хранения навоза -почва», проведена оценка технологий и технических средств производства биологически активных удобрений из отходов животноводства и птицеводства.

Для проведения расчетов разработаны блок-схема, алгоритмы расчета технологий и технических средств на основе комплекса отдельных технологических, технических, экологических и экономических моделей.

Пример схемы вариантных расчетов включает 4 технологических процесса удаления навоза. 3 процесса переработки подстилочного навоза и 2 процесса внесения в почву (рис.3).

Технико-экономическую оценку технологий провели по нескольким критериям в расчете на одну тонну запланированного урожая картофеля.

Для получения конкретных результатов был разработан комплекс компьютерных программ, обеспечивающих расчет описанных технологий по приведенным критериям. Программы построены в системе Excel, с помощью заложенной в нее возможности создавать макросы. Необходимые исходные данные собраны и сгруппированы в банки данных, содержащих описание блоков, входящих в них технологий и конкретных технологических операций с указанием рациональных типов машин для этих операций. По типам машин из банка данных выбирались соответствующие машины и для них рассчитывались основные показатели. Далее были получены суммарные показатели по всем технологиям в каждом блоке, а затем составлены сквозные технологии путем перебора локальных технологий в блоках. Таким образом, было получено 24 сквозных технологии для каждой из 6 различных типоразмеров ферм.

Анализ полученных с помощью разработанного комплекса программ результатов показывает, что технология ферментации навоза в закрытых сооружениях имеет наибольшие затраты по сравнению с пассивной и активной ферментацией на площадках как при сплошном, так и при локальном внесении.

Производство навоза

сгво ког»

гост-ной

смеси

Удаление навоза

Биоферментация

Храпе кие

Внесение в почву

х 3 °< £ те С

Ь «

I ^ б 4

Ц § § 5

| В

и

& я

ё 3

С й-

х а

я й

45 я

3 а

о

& 32 *

е, 3 а ц з

¡ар

О Г-! !Г & '

и

Й ?! 8 » Я

д м о'

Ч

§ ё N

о

а

о

О

О с*

гЗ

е:

<4

2

а

« 4

2

й §

к о

и

<

га

и- у

ьй

сз

X

к

о

о

ее

с

о

а

(г, О

¡2

1 ы

ш

к о

ч о

о

С

I

а й)

я

а, х к

аз

1 о О

(Ч а

IX.

»

о

о •-V п

3 О

К Сч

О

м ю

о

}пс. 3. Расчетная схема технологий утилизации подстилочного навоза

В тоже время, учет качества получаемых удобрений и критерия экологической безопасности обеспечивают технологии ферментации навоза в закрытых сооружениях наибольшую эффективность (рис.4).

-1Г[асс;т1!ная ферментация из площадка -Л-Акпшиля ферментация на нг.ощздкях Активная ферменгашгл на шющ.-ика-ч Фсрмснтацш в закрытых сооружениях Ферментация в закрытых сооружения*

Показатели технологий при локальном внесении удобрений в почву практически одинаковы. Однако при отсутствии в настоящее время технических средств для этих мелей, решение задачи наиболее быстро может быть достигнуто для удобрений, полученных при ферментативной переработке навоза в закрытых сооружениях, имеющих более благоприятные физико-механические свойства.

Приведенное на рисунке математическое описание зависимостей адекватно отражает полученные результаты.

Показатели по энергетической оценке практически выравнивают эффективность технологий, как при сплошном, так и локальном внесении (рис, 5).

Таким образом, проведенные расчеты позволили выявить две наиболее перспективные технологии утилизации навоза - подстилочное содержание животных - активная биоферментационная переработка компостной смеси или на площадках, или в закрытых сооружениях с последующим локальным внесением удобрений в почву. Эти технологии производства удобрений обеспечивают наименьшие потери питательных веществ, более полное усвоение их растениями, минимальное отрицательное воздействие на природную среду.

Рис. 5. Удельные энергетические затраты Пассивная ферментация на площадках Активная ферментация па площадках -Х- Актовная ферментация на площадках -Ж-Ферментация в закрытых сооружениях Ферментация в закрытых сооружениях

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Важнейшими требованиями, предъявляемыми к органическим удобрениям, являются их микробиологическая агапвность, а так же безопасность в экологическом отношении. Указанные требования наиболее надежно выполняются путем экзотермической обработки при температуре более 55°С в течение определенного времени.

Дтя оперативного управления этими процессам, обеспечивающими эффективную переработку органических отходов растительного или животного происхождения необходимо иметь закономерности процессов в зависимости от свойств исходных материалов, условий и режимов функционирования.

2.1. Анализ биотермических процессов на основе окислительных

реакций.

Компостирование является экзотермическим процессом окисления некоторой части органических веществ с помощью микроорганизмов. При этом органическое вещество претерпевает фундаментальные химические и физические изменения (компостирование), после чего достигает биологической устойчивости (созревание).

В связи с этим при разработке проектов сооружений производства компостов из навоза необходимо учитывать не только данные, относящиеся к механическим характеристикам (количество навоза, годовая мощность предприятия, режим работы, характеристика оборудования, механические свойства навоза и влагопоглощающих материалов и т.д.), но также химические и физические показатели, которые являются типичными для процессов компостирования. С использованием результатов исследований по компостированию и применением методики стехиометрии и термодинамики, проведен теоретический анализ процесса компостирования на основе баланса используемых материалов.

Компостирование - процесс самопроизвольный. Однако, в природе это процесс длительный и совершенно не пригодный для хозяйственного применения, где необходимо снижение длительности при управлении процессом.

Для гарантированного качества компоста необходима оптимизация некоторых факторов, играющих ключевую роль в процессе: насыщение кислородом, температура, влажность и отношение С : N.

Органические вещества, применяемые при компостировании, получали путем смешивания осадков навозосодержащих стоков или навоза с торфом или соломой. Их состав, близкий к оптимальным ус-

ловиям, следующий:

Влажность 65%

Зола и нейтральные материалы 15%

Органические вещества 85%

Органический углерод 45%

Органический азот 1,8%

Определив содержание основных элементов в смеси навоза с влагопоглощающими материалами (углерод, кислород, водород, азот) и выразив их в молях, найдем потребность в кислороде для полного их окисления и превращения в конечные продукты распада - воду и углекислый газ. Расчеты показывают, что объем воздуха, необходимый для разложения 1 кг органического вещества составляет 7,4 м'Укг.

Если указанные элементы подвергаются обычному метаболическому окислению, то эти реакции могут быть выражены следующим стехиометрическим урав нением:

С:?Н720,Л| + 390з = 28СОг + 36Н20 + 19765 кДж/моль (28) Следует иметь в виду, что тепловой эффект, приведенный в формуле, основан на предположении, что органическое вещество представляет собой смесь химических элементов, при окислении ко-

торых выделяется определенное количество теплоты. В действительности эта величина будет меньше, так как органические вещества представляют собой не простую смесь, а сложные химические соединения составляющих элементов, где наряду с экзотермическими реакциями в процессе компостирования протекают и эндотермические реакции окислительно-восстановительного характера.

Вместе с тем, из полученного уравнения видно, что тепловыделение при биотермическом процессе пропорционально количеству разлагаемого органического вещества и можно рассчитать процент разложения его в процессе компостирования.

Из стехиометрического уравнения, которое представляет полное окисление органических материалов, количество образующейся воды составит:

18•36 = 648 г/моль

Так как полного окисления органического вещества не происходит, а потеря водорода может происходить также в виде сероводорода, аммиака, меркаптанов и т.д., то количество образующихся тепловой энергии и воды будет ниже полученных результатов.

2.2. Исследование теплового режима биоконверсного разложения органического вещества в аэробных условиях.

Процессы саморазогрева характеризуются превышением выделяемого при разложении органического вещества тепла над его потерями во внешнюю среду. Их интенсивность зависит от состава исходного продукта, а также условий поступления в массу кислорода воздуха.

- Система дифференциальных уравнений, описывающих одновременный перенос воздуха, теплоты и влаги, имеющие место при экзотермических процессах в буртах органических материалов, в общем виде записывается в следующем виде:

= д' ) 1 УвСвРв & \ £"'С" д¥ ! ** (29)

дт дх 1 дх Сск1рсм дг Сш дт Сшрш

д}У 8 / д1¥ ■ яд> ,

= ап — + атд(30)

ОТ ох ох сх

от

ах

сл-

СЗ 1)

где аг и ат - коэффициенты температуропроводности и влагопро-водности; Ссм - удельная теплоемкость смеси, рсы - плотность смеси, и„ ..скорость проникновения воздуха в бурт, ш - пористость смеси; кв --коэффициент воздухопроницаемости; Св -удельная теплоемкость воздуха; е - коэффициент превращения воды в пар; Сп- теплота парообразования; ув - плотность воздуха, со - удельный тепловой поток реакции разложения, С0 - концентрация кислорода воздуха в точке х: кр - константа скорости реакции разложения; Гз - эффективная поверхность воздушных пор.

Потери тепла во внешнюю среду при экзотермических процессах будут пропорциональны градиенту температуры на поверхности бурта:

<*,(*п-'н= (32)

сх

где а: — коэффициент тсплооомсна смсси, цк\р - температура бнсиз-ней среды, - температура на поверхности бурта, X - коэффициент теплопроводности.

Решение системы уравнений (29-31) при краевых условиях (32), текущих координат бурта смеси х; у; г, влажности смеси \¥см. концентрации кислорода С0 и времени т, даст функцию типа:

г = /(х;у;г: \УСМ; С0; т) ' (33)

Определение этой функции в явном виде аналитическим путем не представляется возможным.

Решение задачи упрощается, если принять во внимание, что практические вопросы процесса (дегельминтизация, обеззараживание, у ничтожение семян сорняков, создание условий для накопления ферментов и т.п.) решаются в стационарном режиме в состоянии динамического равновесия.

Тогда решение системы уравнений (29-31) сводится к рассмотрению уравнения теплового баланса:

(34)

где К:м- тепловой поток от разложения органического вещества; N■1- - потери тепла, образующиеся на границе материала с внешней средой; Ив -тепло, идущее на нагрев аэрирующего воздуха; - тепло, идущее на испарение влаги.

В виду симметричности сечения тел компостирования (бурт, караван, емкость, барабан), наиболее широко применяемых при биотермической обработке отходов животноводства и птицеводства, процесс их теплообмена с окружающей средой удобно рассматривать в системе координат с характерным размером г. Анализируя сечение тела компостирования, и определив отдельные элементы, получим полное выражение уравнения теплового баланса:

^сРсмЧсм = + ^сршСвАТвкв + ЗсршСпкК. (35)

АХ

где 5с - площадь сечения расчетного элемента тела компостирования; Б«- площадь теплообмена тела с окружающей средой; qc„ .удельное тепловыделение компостируемого материала; ЛТ - разность температур между центром тела компостирования и наружным воздухом; АТв - разность температур между входящим и выходящим воздухом аэрации; кв - удельный расход воздуха; ДХ - элементарная толщина сферы распространения температуры.

Произведя некоторые математические преобразования, полу-

чим:

М- = ЬсРсм ( _ свАТвкв - Спки,) (36)

АХ 2 А м 8 в в п ш

Примем обозначения:

3п /п

Чем вкв~Спк1Г -Ца

и

¿я = г/п

где г - характерный размер тела компостирования; qR. активная теплота биотермических процессов; £ - коэффициент формы сечения тела компостирования; Гл - коэффициент формы поверхности тела компостирования; -. коэффициент формы тела компостирования (табл.4).

Тогда уравнение теплового баланса примет вид:

Л^Аа, д (37)

АХ А 1а'

Для определения разности температур в центре тела компостирования и на его поверхности проинтегрируем полученное выражение:

Таблица 4.

Значение коэффициентов £ и ^

Сечения тела компостирования (с и 1

Треугольное I 2/со5а СОБОЛ !

.Полукруглое к/2 л Х/г \

Круглое 71 2п V, |

Прямоугольное 2кь 2(2+кк) кь/(2+кь) |

•г/фРси^'. _ г' и Рем

Т _ Т - [Уч'Р'-Х!- = ~ , -

1Ц 1 О I ~ Л , „ На

о

4Х

(38)

где Тц -температура в центре тела компостирования; Т0 - температура на поверхности тела;

Температура в любой точке тела определяется по выражению:

т = / ■ ^фРсм а

г 2Х

(39)

Температура внутри тела распределяется по параболе и зависит от величины наружной температуры, при этом наружные слои выполняют роль простой теплоизоляции.

Для снижения потерь и получения более равномерного температурного поля по сечению, тела укрывают слоем теплоизоляции.

Тепловой поток, проходящий через теплоизоляцию, определится выражением:

=г/паг(Гп-1тр), (40)

где ат -коэффициент теплообмена теплоизолятора; ^ - температура наружного воздуха.

Количество тепла, выделяющегося в теле компостирования за единицу времени:

~ Г~ 1 СРсмЧи -

(41)

Приравнивая выражения (40) и (41), получим выражение для определения температуры наружных слоев компоста:

1о - 'нар +---Ча >

(42)

- Отсюда определяется радиус тела, при котором обеспечивается заданная температура компоста:

'топ =—--> 0«)

/ф /-'а/ Ча

При подстановке выражения (42) в уравнение (38) получим выражение температуры в центре тела компостирования:

->

Тц = + (77 + Уф Рш Ча » (44)

42 аг

Температура в любой точке тела определится выражением:

2 2

т* = + (—7Г~ + —)Л> Рем ^» (45)

4Я аг

Как показывают выражения (43) и (45) температурный режим в бурте зависит от физико-механических и теплофизических свойств компостируемого материала и его компонентов, а также от геометрических размеров тела компостирования, поэтому для применения указанной формулы необходимо экспериментально определить их свойства.

Полученные выражения отражают протекание процессов в идеальных условиях. В тоже время учет плотности смеси, зависящей от состава, соотношения компонентов и влажности может изменить аэрационный режим тела компостирования. Изменение пористости смеси существенно скажется на интенсивности биотермических процессов.

Пористость смеси определим из следующего выражения:

Уд ^Ущ-Гт-Уь ^ гг+г* =

V V V

' см ' см ' см

= ,о,ОШш-О.ОШш^ = (46)

Рт ' Рг Рь

Рем

Рт

Рь

где Уп -объем пор; \'т - объем твердой фракции; Ув - объем воды; рсм .-плотность смеси; р1_ллотностъ твердой фазы; рь - плотность воды; \¥см - влажность смеси.

Выражение (46) показывает, что для определения пористости необходимо знать изменение объемной плотности смеси по высоте бурта, а также плотность твердой фазы смеси рт

Определив экспериментально объемную плотность смеси в зависимости от нагрузки на нее, аналитическим путем вычислили распределение нагрузки по высоте бурта.

Предполагая, что в буртах усилие горизонтального распора очень мало, зависимость изменения давления по высоте в общем виде, представляет экспоненциальный закон распределен™ объемной плотности смеси по высоте бурта: с1Р

(47)

где

Сь Сг и Сз - безразмерные коэффициенты.

Решая уравнение (47) относительно Ь и проведя ряд преобразований, получим формулу для определения плотности смеси в различных точках бурта, а используя (43) и (46), определим пористость по высоте бурта:

т-

Рт

У —

С

Г

1~(),0П¥Г

1

£л

Рь у

(47)

С2-(С2-С,)е-Принимая пористость в основании тела компостирования т>0.

после преобразования, найдем максимальную высоту его Ня которой возможна биотермическая обработка смеси.

Н =--—

пых ^

ы-

с,

с;

0,0/IV,

р^

Рь у

при

(48)

Проведенный теоретический анализ показывает, что надежное протекание экзотермических процессов внутри тела компостирования (заданная температура, размеры тела компостирования и т.п.) зависит от состава и содержания компонентов смеси, ее влажности и плотности. изменения плотности от вертикальной нагрузки.

При теплотехнических расчетах процесса компостирования важное значение имеет время достижения максимально возможной температуры внутри тела компостирования. Для этого в уравнение теплового баланса необходимо ввести статью расхода тепла на нагрев исходного материала, а также параметр времени:

г21сРсм^Тш = (49>

Отсюда время саморазогрева компостируемого .материала определится из выражения:

^СРсМ^СмЧа (50)

Приведенные выше соображения относятся к стационарным режимам биотермическон обработки, компостируемых материалов и соответствуют начальному периоду процесса (от момента формирования тела компостирования до выхода процесса на постоянную рабочую температуру).

Такой режим компостирования имеет ряд существенных недостатков - это, прежде всего цикличность работы; необходимость подогрева исходной смеси в зимний период, увеличение продолжительности цикла из-за удлиненного периода запуска.

Наиболее перспективными являются установки непрерывного действия. Они наиболее полно удовлетворяют технологическим и эксплуатационным требованиям: перемешивание массы предотвращает уплотнение и образование анаэробных зон; поддержание в оптимальном диапазоне газового состава и влажности ускоряет процесс компостирования, простота конструкции обеспечивает надежность автоматизации процесса.

При рассмотрении основных закономерностей процесса непрерывного компостирования на примере периодически вращающегося барабана примем допущения:

- температура компостируемого материала перед загрузкой свежей порции смеси одинакова как в продольном, так и в поперечном сечении;

- свежая порция материала, поступившая в барабан, имеет общую величину тепловыделения и другие теплофизические характеристики.

Уравнение теплового баланса биобарабана после обозначения Я с Рс.и примет вид:

м^СсмАТсм =(МсмЧа ~^пагЛТт )т. (51)

Время саморазогрева исходной смеси определится временем:

см ш (52)

Процессы, протекающие при поступлении свежей порции материала будут зависеть от конструктивных параметров барабана, и прежде всего от соотношения Ь : Ь.

При Ь : О > 3 свежая порция материала смешивается с находящимся в барабане материалом после 3-5 оборотов барабана. В этом случае тепловые процессы ни чем не отличаются от установленного ранее уравнения теплового баланса.

Определив нижнюю границу температуры в 50 °С, как минимальную, обеспечивающую дегельминтизацию материала, масса загрузки свежей порции смеси определится по формулам:

- при предварительной или одновременной выгрузке порции готового компоста, равной массе свежей порции:

Т -Т

М, = Мс,, к т . (53)

1 к 1 СМ

где М] - масса порции свежего материала, равная массе выгружаемой порции готового компоста; Тк - рабочая температура в барабане; Тк1 - температура в барабане после смешивания свежей порции с материалом в барабане; Тсм - температура свежей порции смеси;

- при предварительной загрузке свежей порции материала:

М} =МП1 1К , (54)

' АЛ * СМ

Время достижения рабочей температуры в этом случае определится выражением:

М С (7 -Т )

_см 1 см ( ' !■: ^ та /_

МсшЧа~2пг(г+1)(Тк-ТнарУ где М'1см = Мсм - при предварительной или одновременной выгрузке

порции готового компоста; М[.мМСм +М] - при предварительной

загрузке свежей порции.

При длинном барабане ( Ь : Р > 3 ) свежая порция смеси смешивается только с частью материала в барабане.

Разобьем тело компостирования в барабане на три зоны: 3) зона загрузки исходной смеси; 2) переходная зона; 3) зона выгрузки готового продукта после загрузки свежей массы. В барабане происходят следующие процессы:

- тепловой поток, возникающий в зоне 1 в результате биохимических реакций:

где . масса материала в зоне 1, включая, свежую порцию.

- тепловой поток от более теплой зоны 3 в охлажденную зону 1 через переходную зону 2:

лж2К,т дг _-¿_

12

5

где Кз- коэффициент заполнения барабана; Ь - длина зоны 2;

- тегоюпотери через стенки барабана: Мт = аттж(г +2Ь)(ТК ~Тшр).

Уравнение теплового баланса примет вид:

М]СХ!СШ(ГК -Тга) } Лтг"Къ , ,п. т ,

=МсиЧа +-;--От™ V )(4- Гнар) (56)

ли т

т Ь

Время достижения рабочей температуры в этом случае определится выражением:

М^Саи(Тк-Гк1)

МсМс1а+яг

К±„а7(г + 211)(Тк~Тнар)

(57)

4

Обозначив отношение ЬЛ) = кб, определим основные параметры процесса ферментации при установившемся режиме.

Температура смеси на поверхности тела компостирования (на внутренней поверхности барабана):

Рем 2(К6+1)аг

Минимальный диаметр барабана при котором поддерживается заданная температура по всему сечению тела компостирования: п _ 2(2Кб + \)ат (Тк - Тшр)

К3^бРсмЧа

Тк = Тшр + К3К6ВЧа (58)

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА БИОКОНВЕРСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРОИЗВОДСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ

ЗЛ. Обоснование основных параметров процесса производства удобрений из навоза и помета.

Критическая влажность навоза и помета.

Существующие технологии приготовления качественных органических удобрений на основе отходов животноводства и птицеводства включают на первом этапе компостирования биотермическое обеззараживание компостов и уничтожение семян сорных трав. Обеззараживание основано на использовании явления термогснеза, то есть самопроизвольного разогревания компостируемой смеси до температуры 55—60°С за счет тепла, выделяющегося при биохимической деструкции части органического вещества.

Результаты исследований указывают на то, что процесс тепловыделения связан, прежде всего, с содержанием смеси наиболее легко разлагаемых сухих веществ экскрементов животных.

Обозначим через К„ -содержание сухого вещества навоза в долях единицы от сухого вещества смеси навоза с наполнителем. 100-И'

/тп_ и/ }л.гпп_ш )

(60)

" (100 - Игн ) + 5(100 - ¡V.,,)

Ш -¡У

с '' Н СЛ./

где о = ---массовое отношение влагопоглощаюхдего мате-

га' - IV п см п т

риала и навоза.

К,. =

(100~]¥Я)(]¥Ш~ЖГ)

Тогда: (62)

После преобразований критическая влажность навоза определится по формуле:

IV

"я

¡оотСЛ1 -¡¥т)+ки рут (юо - гсд/;

0УШ-1¥т) + Кн (100 - 1¥ог) (63)

Уравнение (63) необходимо для определения критической влажности навоза.

На основе экспериментальных данных принимаем концентрацию сухих веществ навоза в смеси Кн (рис. 6), обеспечивающей получение активной теплоты биотермических процессов с учетом потерь в зависимости от конструкции ферментатора достаточной для нагревания смеси до требуемой температуры \:

Рис. 6. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее тепловыделение смеси торфа и помета Определив концентрацию сухого вещества в смеси, обеспечивающей автотермический разогрев до необходимой температуры и задавшись влагосодержанием наполнителя, вычислим величину максимальной влажности навоза.

Зависимости (63, 64) показывают основные направления по регулированию процесса тепловыделения путем вариации влажностных (\УСМ> Щ), теплотехнических (о,, qcм) характеристик исходных компонентов и конструктивных параметров ферментатора.

Предельное влагосодержание навоза или помета и характер изменения температуры компоста определяются доступностью органических веществ навоза и помета микробиологическому окислению, теплофизическими свойствами исходных компонентов и принятой технологией приготовления органических удобрений.

Серию экспериментов по определению зависимости (Кн) проводили в лабораторных условиях с применением метода математического планирования.

В качестве критерия оценки в опытах принято удельное тепловыделение смеси в процессе биотермической обработки.

После реализации матрицы планирования опытов и соответствующей обработки полученных результатов составили уравнения регрессии. В натуральных значениях факторов они имеют следующий вид:

для смесей навоза КРС с торфом:

ЯКРС=-ЗЗб6;3+94:39\¥+594Л4К-0.65б^^+88,44К2-5,46\УК (64)

для смесей свиного навоза с торфом:

Ясв=-1962,66+55,67\У+544,1К-0,39\У2 -129Л9К2 -3;76\УК (65)

для смесей помета с торфом:

Я„=-6430,5+189,15\¥+712,29К~1,38\¥2+113,78К:-8,16\¥К. (66)

Обоснование основных параметров обрабатываемой смеси п готовых удобрений.

Одним из основных параметров обрабатываемых смесей является отношение С к N.

При компостировании отходов животноводства содержание легкоминерализуемого углерода должно обеспечивать заданную интенсивность -термогенеза в период биотермической обработки смеси, а концентрация усвояемых форм азота не должна лимитировать функционирование компостообразутощего биоценоза.

С целью сокращения возможных потерь азота углерод-азотное соотношение в исходной смеси следует пригашать более широким, чем аналогичное оптимальное соотношение используемых органических удобрений. Выравнивание относительного содержания углерода и азота по агрохимическим требованиям следует проводить на стадии завершения обработки или совмещать с внесением компоста в почву.

Для получения нормативных технологических параметров компостирования и проектной характеристики компоста нужно выбрать необходимые исходные концентрации азота и углерода и оптимальное их соотношение.

Ввиду того, что компостирование — процесс биохимический, осуществляемый сообществом естественно формирующейся популяции микроорганизмов, требуемое содержание N и С целесообразно увязывать с жизнедеятельностью микроорганизмов, а именно, с периодом максимальной их активности, когда происходит биотермиче-

ское обезвреживание и дегельминтизация продуктов компостирования.

Содержание углерода.

Долевое содержание углерода в сухой массе смеси можно найти по формуле:

д +1

где с}„. с1е — долевое содержание углерода соответственно в сухой массе отходов животноводства и наполнителя.

Действительное содержание активного углерода в смеси исходных компонентов определяют по уравнению:

Сса.с =РхСся + ' (68)

где ССп — общая концентрация углерода в отходах животноводства; ССа — концентрация активного углерода в компостируемой

смеси, р - доля разложения органического вещества.

Содержание азота. В результате экспериментальных исследований отмечено, что интенсивность потерь азота при компостировании отходов животноводства коррелирует с соотношением С/Н уменьшаясь по мере его расширения, в связи с чем, предпочтение следует отдавать варианту, где С/И смеси превышает (СЛ\г)тР. Наиболее благоприятным случаем для протекания процесса является равенство действительной концентрации азота требуемой величине при некотором избытке углерода

Минимально достаточное содержание азота в компостируемой массе, при котором достигаются заданные параметры ферментации, определяется первоначальной дозой вносимого азота.

На этапе биотермической обработки азот необходим для построения клеточного вещества микроорганизмов, численность которых должна достигать предельного значения в минимально короткий период.

(69)

где Сл',и— требуемая концентрация азота активных форм;

— долевое содержание азота в сухой массе ценоза.

Реальная концентрация подвижного азота в смеси определяется по формуле:

Гч. + 8 х С\-

С -^ (70)

5 + 1

где Сд, , Сдг — концентрация подвижного азота соот-

ветственно в отходах животноводства, наполнителе и их смеси.

Зная требуемую 15 существующую концентрации подвижного азота, определяют первоначальную дозу вносимого азота: Су +ЗхСк _ Слп=Скт-/--- , , (71)

д + 1

При значительном отклонении соотношения С/И в удобрениях от требуемого необходимо его корректирование.

Фактическое отношение СЛЧ в удобрениях:

= (72)

где (СЖ)ул, (СЛЧ)см— углерод-азотное соотношение соответственно в компосте и смеси; ра /л- — потеря углерода и азота за период компостирования (в долях единицы).

Искомая доза азота определяется из равенства (С/М).;;; и требуемого С/М:

7с/лп.

™ О

(С/К1

■1

(73)

' тр

где СКг2 — доза азота, вносимая в готовое удобрение; СЛ- — концентрация азота в готовом удобрении; (С/М)гг— требуемое углерод-азотное соотношение компоста.

Концентрация азота в готовом удобрении будет равна:

(1+3)(1-ра) '

где рсв — потери сухого вещества компоста в долях единицы.

Контроль за выходом готовых удобрений.

При приготовлении удобрений необходимо знать их конечную массу. Уменьшение массы может быть найдено весовым методом путем контроля массы, однако такой метод трудоемок и при индустриальной технологии приготовления компостов в большинстве случаев неприемлем.

Более оперативным при этом может быть расчетно-аналитический метод.

Общее уменьшение массы в процессе компостирования складывается. в основном, из потерь органических веществ и потерь влаги.

Го = Ров+Рн2о> (75)

где Рс„ Ров, /д,0 - долевое снижение общей массы компоста, органических веществ и влаги.

Уменьшение массы компоста из-за потерь органических веществ равно:

Ров--1^(СОВсм~СОВк), (76)

где Сов -концентрация органических веществ в исходной смеси: Сов -концентрация органических веществ в компосте, приведенная к исходной их концентрации.

Величина Сов может быть определена по уравнению:

СОЙ= 10(100-1¥сх (1 - Зсм) (I -рои) ■ (77)

где \¥Си — влажность смеси (%), 3См — зольность сухих веществ смеси (в долях единицы); рСв — распад, сухих органических веществ компоста (в долях единицы).

С учетом зольности исходной смеси и компоста выражение для определения потерь органических веществ в компосте примет вид:

п - / ^ ~

1 , (78)

Уравнение (78) является основным при исследовании динамики минерализации высокоутлеродистых компонентов компоста на основе физико-химического анализа материала, взятого непосредственно из интересующих точек бурта.

Окончательное выражение для оценки изменения массы компоста из-за минерализации органической фракции:

РО! = ИГ(100-\¥СМ)|ЗК(1 -Зш) - Зсм(1 -3,)]/ Зк, (79)

Убыль влаги при компостировании представляет собой разность влагосодержания смеси и компоста:

РН2о=10-3(СИ2Ош-СН2Ок), (80)

где СН20ш -— концентрация влаги в смеси; Сн<>к — концентрация

влаги в компосте, приведенная к концентрации влаги в смеси.

Составив соотношение концентрации органического вещества и влаги в компосте и преобразовав это соотношение, получим:

С IV

Сн2°к ~0-Ъ\)(1-ЗкУ (81)

Дальнейшее совместное решение уравнений (71), (79), (80) и (81) дает формулу для расчета:

Ра* = 10

»П,

(100- 1¥см )3Ш

(82)

(Ш-ТГ^Зк

Определив суммарное долевое снижение массы 1 т компоста по уравнению (80), можно подсчитать массу компоста:

0к=СЫ1 -Ро), " (83)

где О,., Оы— суточный выход соответственно исходной смеси и готового удобрения.

3.2. Экспериментальные исследования и производственная проверка технологий и оборудования

Оборудование для обезвоживания навоза и осадков.

При гидравлических способах удаления навоза, широко применяемых на предприятиях по производству свинины и говядины, допускается значительное поступление воды в навоз. В результате этого влажность его существенно превышает критическую влажность, допустимую при ферментативной технологии производства удобрений.

Для снижения влажности исходного сырья для производства органических удобрений применяются различные методы и технические средства: фильтрующие машины (динамические фильтры, виброгрохоты, фильтрующие центрифуги, дуговые сита), отстойники (вертикального, радиального и горизонтального типа), фильтрующие и оса-днтельные центрифути.

Исходный жидкий навоз содержит в своем составе свыше 10 % крупных включений, в основном кормовых остатков и механических примесей. Они препятствуют нормальной работе насосов и процессу транспортирования по трубам, внесению в почву дождевальными машинами.

Одним из методов эффективного удаления крупных взвешенных веществ является вибрационное фильтрование [16, 19, 30. 34. 36. 45. 65].

Оптимальный режим работы виброустановки по фильтрованию жидкого навоза определен нами в лабораторных условиях на специальном стенде: частота вибрации -20 с~!; амплитуда колебаний -

0,25 хЮ0 м; угол вибрации 45°: угол наклона фильтрующих сит 6"; размер ячеек фильтрующей поверхности (0,35x0,35) хЮ м. При этих режимах эффективность выделения взвешенных веществ из навоза влажностью 98% составила 50-55% при влажности осадка 86-88 % и концентрации взвешенных веществ фильтрата 9-10 кг/м". Производительность составила 9 м3 на 1 м2 фильтровальной поверхности.

В жидкой фракции остается ещё достаточно большое количество взвешенных веществ. Это затрудняет неизбежное длительное хранение её вследствие образования осадка.

Исследованиями гранулометрического состава жидкого свиного навоза с помощью набора сит установлено, что в нем содержится 8590% частиц размером 2 мм и менее, в том числе 75% частиц размером 1 мм и меньше.

Выделение взвешенных веществ из фильтрата осуществляется его отстаиванием.

Твердая частица навоза, находящаяся в жидкости, окружена гидратной оболочкой, толщина которой соизмерима с диаметром самой частицы. Допустив, что она равна условному диаметру частицы, суммарный объем её с гидратной оболочкой будет равен:

' (84)

6 б

где 0= 3 с1, Б - диаметр частицы с гидратной оболочкой, <3 - диаметр частицы.

Если в жидкости находится и частиц, то общий объем всех частиц с гид ратными оболочками:

лй3

Ус = 27——п. (85)

б

Количество частиц взвеси в единичном обьеме:

п=Свв/т.ь (86)

где Овп -общая масса взвешенных веществ в единичном объеме жидкого навоза; шч - масса одной частицы.

Так как масса частицы, выраженная через ее объем и плотность тч = Уч рч, то суммарный объем частиц с гидратными оболочками в единичном объеме жидкого навоза:

(87)

Рч

Приравняв суммарный объем частиц с гидратными оболочками к единичному объему жидкого навоза, нашли предельное значение

массы взвешенных веществ в 1 м' навоза, соответствующее прекращению процесса отстаивания.

(88)

Так как, плотность твердой фазы взвешенных веществ равна 1300 кт/м', то предельная концентрация сухого вещества в неуплотненном осадке составляет около 50 кг/м\ что соответствует влажности 95 %.

При дальнейшем выдерживании осадка в отстойника происходит разрыв гидратных оболочек и уплотнение взвешенных веществ. Однако, вследствие высокой концентрации микрофлоры и ее активной жизнедеятельности происходит деструкция органических веществ с выделением газовых пузырьков. Это ограничивает время уплотнения в отстойниках до 4 часов и влажности осадка до 90%.

Выгрузка из отстойника осуществляемая, как правило, гидравлическими методами, общим недостатком которых является невозможность поддержания заданной влажности удаляемого осадка. С этой задачей успешно справляется шнековый насос.

Производительность тискового насоса при выгрузке из отстойника осадка заданной влажности определится по формуле:

а,,э =Зб(Ю%-т8, (89)

где Г}т> - коэффициент объемного наполнения при выгрузке осадка;

1 - шаг витков шнека; г|- частота вращения шнека; Б - площадь живого сечения.

Коэффициент отражает влияние на производительность

шнекового насоса высоты подъема и вязкости осадка.

Результаты теоретических и лабораторных исследований реализованы в опытных образцах и серийно выпускаемых машинах и оборудовании.

Для разделения жидкого навоза крупного рогатого скота и свиней предложено использование серийно выпускаемых виброгрохотов. Замена фильтрующей поверхности и изменение режимов работы в соответствии с результатами лабораторных исследований позволила проводить разделение навоза с высокой эффективностью (табл. 5).В таблице для сравнения даны показатели разделения навоза на динамических фильтрах, заложенных в типовые проекты свинокомплексов.

Таблица 5.

Результаты производственных испытаний фильтрующих машин

Показатели Динамический фильтр Виброгрохоты

ГИЛ - 32М ГИЛ-52М

Вид жидкого навоза Свиной КРС Свиной

Производительность, м7ч. 5-8 30-35 100-120

Эффективность выделения взвешенных веществ, % 25-30 30-35 45-50

Концентрация взвешенных веществ в жидкой фракции, г/л 5.5-7,0 4,5-6,0

Влажность твердой фракции, % 86-88 83-85 84-86

Установленная мощность. кВт 0,6 3,8 10,0

Для дальнейшего выделения взвешенных веществ из жидкой фракции навоза применяются отстойники различного типа. Слабым узлом всех отстойников является гидравлическая система выгрузи! осадка, которая не обеспечивает его однородности и низкой влажности.

На основе экспериментальных и теоретических исследовашш нами предложено использование механических систем удаления осадка, на конструкцию которых получены авторские свидетельства N829595 и N829154 [7, 10, 13, 16, 21, 24, 34, 35].

При реконструкции очистных сооружений на свинокомплексе на 108 тыс. голов в год «Восточный» Ленинградской области взамен вертикальных отстойников с гидравлической выгрузкой осадков построены два радиальных отстойника-сгустителя С-15М. Выгрузка осадка в этих отстойниках предусмотрена механическая с использованием скребковых устройств.

В процессе испытаний получены следующие результаты (рис. 7 и 8 и табл. 6)

Woe, %

94,5 94 93,5 93 92,5 92

н_ i 1

| i\

j 4

. ] 1 \

\ i ! N. | 1

iv 1 - 4/

85 80 75 70 65 60

2 3 4 5 ТЧ'час

AWOC, % я ЭР1,%

Рис. 7 Эффективность работы радиальных отстойников в зависимости от времени уплотнения осадка

%

850 800 750 700 650 600

а..............~Г1

-

. _-/ -V -

\

Эрг, %

84 82 80 78

50

70 90

а Сосв, % а ЭР2,%

Qctc, м3/час

Рис. 8. Эффективность работы радиальных отстойников в зависимости от их производительности Эффективность выделения взвешенных веществ из жидкой фракции при работе отстойника зависит как от производительности, так и от времени цикла выгрузки и выражается полиномом второй степени:

Эр, = 1,864 + 9,661 t„ - 1,479 t\„ при коэффициенте корреляции i =0,988; ' (90)

Эр2 = 51,878 + 1,013 QOTC- 0,007Q2OTC при i = 0,986; (91)

Влажность осадка определяется временем цикла его выгрузи! и выражается уравнением:

Woc= 98,608 - 3,366 Vb 0,433 t21(, при i = 0,967 (92)

Концентрация взвешенных веществ в осветленной жидкости зависит от производительности отстойника и определяется по уравнению:

Сос11 - 2177,13 - 44,276 (}отс +0,314 <}2отс при 1-0,999; (93)

Таблица 6

Характеристики различных типов отстойников_

Показатель Отстойник

Горизонтальный Радиальный Вертикальный

Вместимость, м'" 50 370 200

Оборудование для выгрузки осадка Шнеко-вый насос Скребковое устройство Эрлифта

Мощность электродвигателей. кВт 3.0 6.2 .

Производительность, м7ч 20 75 35

Концентрация взвешенных веществ в осветленной жидкости, кг/ м3 1,2-2,0 0,6 - 0,8 0,6 - 0,8

Влажность удаляемого осадка, % 90-92 92-93 95-96

Эффективность удаления взвешенных веществ, % 75-80 85-88 85-88

Объем осадка по отношению к обрабатываемой жидкости, % 6-8 7-8 14-15

Влажность твердой фракции, получаемой после разделения навоза на фильтрующих машинах и влажность осадка после отстойников, удаляемого механическими средствами удовлетворяет требованиям производства биологически активных удобрений. Однако потребность в влагопоглотительных материалах настолько велика, что для крупных животноводческих предприятий транспортные затраты на доставку- наполнителя и перевозку готовых удобрений значительно превышают их эффективность.

Кроме того, на сооружениях обработки жидкого навоза образуется до 300 ,\г избыточного активного ила влажностью 97-99 %, обезвоживание которого на приведенных машинах вообще не возможно.

Для дальнейшего снижения влажности указанных продуктов переработки навоза необходимо провести разрыв гидратной оболочки твердых частиц навоза. Одним из методов такого воздействия на частицу является обработка в центробежном поле, обеспеченном центрифугами. на конструкцию которых получены авторские свидетельства N1248666 и N1780838 [10, 16, 21, 28, 34, 52, 65, 78]

Для разделения биологических материалов, в том числе навоза, наиболее эффективны длиннороторные центрифуги имеющие отношение длины ротора к его диаметру более 2,5. Однако, и эти центрифуги имеют высокую эффективность при условии добавки в обрабатываемую суспензию специальных высокомолекулярных органических соединений - флокулянтов.

В связи с отсутствием отечественных центрифуг такого типа исследования по обезвоживанию осадков первичных отстойников, избыточного активного ила и их смеси проводили на мобильной установке смонтированной на базе центрифуги Б-! фирмы Хумбольдт (ФРГ) с использованием флокулянта отечественного производства ОКФ.

Результаты исследования представлены на рис. 9.

Анализ полученных результатов показывает на резкое сокращение потребности в наполнителе (5-6 раз) и уменьшение транспортных работ на перевозку готовых удобрений в 5 раз, повышение качества удобрений в 3-4 раза и, что особенно важно, существенное улучшение экологической обстановки на крупных животноводческих предприятиях.

Испытания позволили выявить зависимость влажности твердой фракции и концентрации взвешенных веществ в жидкой фракции от расхода флокулянта, которые описываются уравнениями регрессии:

- влажность твердой фракции при обезвоживании осадка первичного отстойника и избыточного активного ила:

Wxb.cc = 79,673 + 1,018 Дфл, при 1 = 0.978, (94)

\УТВИЛ= 82,897 + 0,894 Д(}а, при 1 = 0,989; (95)

- концентрация взвешенных веществ в фугате при обезвоживании осадков первичных отстойников, избыточного активного ила и смеси осадка с илом в соотношении 1 : 1 по объему:

Сф.ос= - 0,061 + 0.203 (Д^ + 1) + 5,86 (Дфл + I )2, при 1 - 0,999.

(96)

Сф1П- 18,758 - 5.216 Д1ц1+ 0.318 Д>. при * - 0,999, (97)

Сфос +,л= 19,954 - 9,216 Дфя+ 1,082 Д:,;„ при 1 = 0,999. (98)

Сф, г/л

18 16 14 12 10

■ С\ 1 —<Осадок первичных отстойников ; —и— Избыточный акгивный ил —Смесь осадка с илом (1.1) X Влажность оеадока Ж Влажность избыточного ила

V 1

\\ 1

V

\ ----

\ I

'4 ^^^ 1

\

^--0-Гу ^ ——а

\Уге

87 85 83 81

0

1

Дфл, кг/тСВ

Рис. 9. Влияние расхода флокулянта на влажность твердой фракции и содержание взвешенных веществ в жидкой фракции.

- Анализ полученных результатов показывает на резкое сокращение потребности в торфе (в 5-6 раз) при компостировании осадков и уменьшении транспортных затрат на перевозку готовых удобрений в 5 раз, повышение их качества в 3-4 раза и, что особенно важно, существенное улучшение экологической обстановки на крупных животноводческих предприятиях.

Жидкая фракция после обезвоживания навоза и осадков подвергается дальнейшей обработке [5,6,8,17] или используется как удобрение в жидком виде. На свинокомплексах осветленная жидкость после отстойников подвергается биологической очистке с последующим использованием на полях орошения или доочистке и сбросу в открытый водоем [3,8,10,14,16,24,22,33-37,53,68,79,80 и др. ] и в данной работе эти вопросы не рассматриваются.

6

Оборудование для активной биоферментации компостных смесей [40, 42, 45, 63, 66, 69. 76, 83, 88, 931. На ряд конструкций получены авторские свидетельства N897765, N960148 и N1080772

Основной машиной для обеспечения активной ферментации смеси на площадках является смеситель-аэратор, обеспечивающий выполнение технологического процесса.

Для определения оптимальных режимов работы смесителя-аэратора провели серию экспериментов с применением метода математического планирования. В качестве изменяемых факторов приняты: частота вращения шнеков - Хь скорость движения агрегата - Х2, глубина погружения шнеков в смесь - Х- и угол наклона шнеков -

После обработки результатов эксперимента получили математическую модель для описания производительности смесителя-аэратора:

„у = 246,8 ± 32,1 X, + 72,2X, + 37,ЗХ3 - 45,6X, -

- 21,2Х] -48,3X1 ~115,8X: +

; 2 " (99)

+ 41,7X1 + ЗХ1X2 + 26,9Х, Х3 - 3,7X,X, +

+12,7 Х2Х3 - 20,7Х2Х4 - 5,8Х3Х4 при коэффициенте корреляции 1 =0,961. Модуль для удельных затрат энергии имеет вид: у = 0,7 + 0,02Хг + 0,01Х2 + 0,03 Х3 - 0,03Х4 -

- 0,008Х? - 0,009X1 - 0,049X1 + 0,002X' +

' 3 4 (100) + 0,008Х, Х'2 + 0,009X, Х3 - 0,009X, Х4 +

+ 0,019Х2Х5 -0,006Х2Х4 -0,006Х3Х4 при 1" 0,941.

Двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие производительность смесителя-аэратора и удельные затраты энергии в зависимости от скорости движения агрегата (Х2) и глубины погружения шнеков в материал (Х3) при частоте вращения шнеков X] = 1,55 с"1 и угле наклона 35°(Х4) приведены на рис. 10, 11

м /ч

240

0.36

Л. и

«-1« 0,2

0.09 0,1

Рис. 10. Влияние заглубления рабочих органов и скорости движения на производительность смесителя- аэратора

..-••••Г Д >..

1ЙЗт*ч;/т 0,П

0,15

0,13

0,11

0.09

v,к/c

0,36 "х в,27

0.3

0,18 0. 2 0,09 е.1

Рис. 11. Влияние заглубления рабочих органов и скорости движения: на удельные энергозатраты смесителя-аэратора.

При работе машины с углом наклона шнека 35" экстремум показателя энергоемкости находится за пределами области эксперимента. В области эксперимента минимальные удельные затраты энергии составили 0,07 кВт ч/м1 при скорости движения: агрегата V- 0.45 м/с и глубине погружения шнеков Ь =0,20 ...0,24 м. Область оптимума по энергоемкости: V = 0,27 ...0.45 м/с и Ь =0,20...0,25 м.

Анализ влияния основных факторов на производительность и энергоемкость смесителя-аэратора показал, что при использовании машины для перемешивания компонентов смеси и формирования буртов в предлагаемой технологии послойного компостирования оптимальными режимами являются: частота вращения шнеков 1,50 ... 1,58 с"1, скорость движения трактора 0,27...0,45 м/с; глубина погружения шнеков 0,24 ...0,40 м.

При эксплуатации смесителя-аэратора в оптимальных режимах его работы технологическая производительность составит 230-280 м'/ч или 120-130 т/ч при формировании буртов длиной не менее 200 м; 210-250 м3/ч или 100-120 т/ч для буртов длиной 100-200 м; 170-210 м'7ч или 85-100 т/ч для буртов длиной 50 -100 м.

Производственная проверка биоферментатора закрытого типа.

Экзотермическая обработка отходов животноводства на полевых площадках имеет существенны!! недостаток - высокую зависимость от погодных условий и, вследствие этого, невозможность контролировать и тем более управлять протеканием технологического процесса.

В связи с этим в промышленных условиях наибольший интерес вызывают биотермические технологии, реализуемые в изолированных от окружающей среды установках

Наиболее современным по конструкции и технологическому процессу является метод, в основе которого используется горизонтальный, периодически вращающийся барабан, на одно из устройств которого подана заявка на патент N98122466 с приоритетом от 0412.98 [82, 83, 84,89,93].

Испытания биоферментатора объемом 20 м3 при степени загрузки 60-70% показали, что его производительность составила 4-5 м~ или около 2 т/сутки.

Активное разложение органического вещества в биоферментаторе вызывает существенные потери органических и питательных веществ. За цикл ферментации 72 часа потери с одного килограмма обрабатываемого подстилочного помета составили: азот - 6,9 г, угле-

род - 6,6 г, влаги за счет ее испарения - 119 г. Потери указанных элементов в экспериментальном биореакторе происходили путем их эмиссии в газовоздушную смесь системы аэрации.

Для обеспечения утилизации полезных веществ и экологической безопасности технологического процесса целесообразно применение двухступенчатой системы очистки газового выброса в составе конденсатора и адсорбционно-водного фильтра. Такая система обеспечивает получение конденсата с концентрацией азота до 40 г/л и последующую доочистку воздуха до норм ПДК. Полученный в результате очистки продукт может быть использован для получения жидких азотных удобрений для вегетативной подкормки растений [96].

Оценка качественных показателей удобрений.

Обеззараживание. Оценку биотермических процессов в биоферментаторе проводили сотрудники ЛВИ при воздействии на ооци-сты кокцидий и яйца гельминтов. После суточной обработке при температуре 65-70°С лишь единичные ооцисты спорулировали к концу-третьей недели при комнатной температуре. Также вели себя яйца аскарид, эзофагостом и трихоцефал. Личинки стронгилят погибали на 100%

После 2-х суточной выдержке при той же температуре погибали все, как свободно живущие, так и паразитические организмы.

Обработка смеси при температуре 50-55°С обеспечивала полное обеззараживание через 4 суток. Личинки гельминтов погибали при этой температуре уже после суточной экспозиции.

Дегельминтизация в буртах протекает более медленно из-за неоднородности температурного поля по сечению бурта. Яйца гельминтов в верхнем слое погибали через 9 суток, на глубине 0,6 м - через 23 суток, а в основании только через 60 суток, что говорит о необходимости перемешивания смеси или послойной ее укладке.

Инактивация семян сорных растений. Оценку- влияния биотермических процессов на всхожесть семян сорняков проводили на семенах сурепки и тимофеевки при температуре 50-55°С и 65-70°С с экспозицией 3, 6 и 24 часа. Семена сурепки при температуре 50-55°С погибали через 6 часов, а семена тимофеевки - через 2 часа. Температуру 65-70° семена сурепки выдерживали 3 часа, а семена тимофеевки погибали через 1 час экспозиции.

3.3. Рекомендации по производству экологически безопасных, биологически активных удобрений из отходов животноводства и

птицеводства.

Высококачественные органические удобрения могут быть получены при условии выполнения требований к исходным компонентам, их смеси и выполнению технологического процесса (табл.7)

Таблица. 7

_Требования к исходным компонентам и их смеси_

Основные требования Ед..измер. Значение

Влажность активного компонента % <90

Влажность наполнителя % 40-60

Содержание активного компонента в смеси % > 15

Влажность смеси % 50 - 75

Реакция среды РН 5,5 - 7.0

Однородность смешивания % 85-90

Концентрация азота % 1.6-2.4

Соотношение С: N - 25-30 : 1

Расход воздуха М7т*ч 4,0 - 6,0

Обезвоживание навоза

Влажность активного компонента смеси (навоз, помет, осадки) особенно сильно влияет на технологический процесс ферментации.

При повышенной влажности исходного навоза необходимо его обезвоживание. Рекомендуемый комплекс машин приведен в табл.8.

Таблица 8

Комплекс машин для обезвоживания навоза

Обрабатываемый компонент Комплексы КРС Свинокомплексы

Жидкий навоз ГИЛ-32М: УОН-Ф-835Б; ГБН-Ф-100 ГИЛ-52М; УОН-Ф-835Б; СД-Ф-100.

Жидкая фракция Отстойники с механической выгрузкой осадка: ООС-Ф-25, Ц-15М

Осадки и избыточный активный ил Длиннороторные осаднтель-ные центрифуги с флокулян-тами

Полученные результаты реализованы в процессе реконструкции очистных сооружений на свинокомплексе на 108 тыс.гол в год «Восточный» Ленинградской области (табл.9).

Таблица 9

Результаты многолетней работы нового оборудования по обезвоживанию навоза

Объем, м7суг Сухое вещество, т/сут Влажность, %

Исходные стоки 3000 42,0 98.5

Выходные продукты очистных сооружений по т.п. 15-161

- твердая фракция 110 16.4 85.0

- смесь осадков и ила 600 21,0 96,5

- очищенная вода 2390 3,4 -

Всего твердых продуктов 710 39,0 95,0

- в % от исходного объема 23.7 92.8 -

Выходные продукты после реконструкции очистных сооружений

- твердая фракция 90 16,0 82,0

- обезвоженные осадки 100 .20.2 80,0

- очищенная вода 2810 3,8 -

Всего твердых продуктов 190 36,2 81,0

- в % от исходного объема 6.3 86,2 -

Полевая технология ферментации навоза и помета Основной машиной для выполнения технологического процесса является смеситель-аэратор, работающий в агрегате с трактором ДТ-75.

Техническая характеристика Рабочая скорость перемещения 340-4900 м/ч

Диаметр шнека 600 мм

Шаг витка шнека 400 мм

Длина шнека 6; 8 м

Угол наклона шнека 0-45 °

Масса(без трактора) 2,5 т

Габаритные размеры 5,4x13,6(16,0)х3,2 м.

Для выполнения технологического процесса используются погрузчики, и транспортные средства общего назначения.

Смешивание компонентов и укладка смеси в бурт осуществляется на площадке с твердым покрытием. С целью исключения опера-

ций перемешивания емееи для поддержания пористости предлагается метод послойной ее укладки в бурт. После формирования бурта треугольного сечения на грань его с обоих сторон укладывается слой смеси толщиной 0.5-0.7 м с интервалом по времени 3-4 суток для подъема температуры (рис 12). [43, 63, 70]

Рис. 12. Послойная укладка смеси в бурт.

Эффективность предлагаемой технологии производства удобрений по сравнению с широко применяемой бульдозерной технологией заключается в следующем:

- сокращение площади для биотермической обработки смеси на 50-60% за счет увеличения высоты бурта до 3-х метров;

- сокращение сроков обработки в 2 раза за счет повышения однородности смеси и поддержания достаточной величины пористости;

- снижение влажности готового удобрения на 7-10% в процессе аэрации;

- накопление гумуса до 5% дегельминтизация, инактивация семян сорных растений, что увеличит урожайность до 30%;

- снижение потерь питательных веществ и физической массы на 2030%;

- снижение себестоимости продукции на 30%.

Технология производства биологически активных удобрений из помета в биоферментаторе барабанного типа.

Технологическая схема ферментации приведена на рис. 13.

Подстилочный помет из бункера-питателя и минеральные удобрения дозировано подаются на транспортер-смеситель установленный под углом 30-40°, что обеспечивает выполнение двух операций: смешивание и транспортировку в биоферментатор. Биоферментатор оборудован системой вентиляции, обеспечивающей аэрационный режим в объеме до 40-60 м7ч. В систему вентиляции включен электрокалорифер. обеспечивающий подогрев аэрацнонного воздуха до 40°С. Вы

Рис. 13. Технологическая схема ферментации подстилочного помета.

1-бункер-питатель; 2-дозатор минеральных удобрений;

3-смеситель шнековый; 4-биоферментатор; 5-вентилятор;

6-электрокалорифер; 7-сепаратор; 8-конвейер винтовой;

9-конденсатор; 10-аппарат барботажный; 11-емкость аммиачной воды.

грузка готового компоста осуществляется выгрузным шнековым транспортером, расположенным в центре торцевой поверхности.

Готовый компост подается на сепаратор для отделения крупной фракции размером свыше 8 мм. которая направляется на повторную обработку в биоферментатор, а готовый продукт направляется на площадку хранения.

Газовый выброс, представляющий собой паро-воздушную смесь, из биоферментатора поступает на первую ступень очистки с образованием конденсата в виде аммиачной воды. После конденсатора газовый выброс поступает на вторую ступень очистки в барботажный аппарат, где происходит его окончательная очистка методом абсорбции до норм ПДК.

Эффективность производства биологически активных органических удобрений в биоферментаторе заключается в следующем:

- переработка отходов животноводства и птицеводства независимо от температуры внешней среды;

- сокращение периода дегельминтизации смеси и инактивации семян сорняков до 2-х суток;

- получение высококачественных удобрений с физико-механическими свойствами, позволяющими внесение их в прикорневую зону пропашных культур;

- снижение дозы внесения в почву в 3-4 раза;

- повышение экологической безопасности производства удобрений до 97-98%.

Непрерывный метод ферментации подстилочного помета по сравнению с циклическим обеспечивает снижение себестоимости продукции на 15-20%.

4. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ, БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ УДОБРЕНИЙ

4.1. В соответствии с принятой технологией удаления навоза определяется выход и его основные характеристики:

- суточный выход навоза

(101)

где N . - количество животных в половозрастных группах, гол;

М - количество групп на ферме, шт; g> gn. - норма выхода экскрементов, потребность в подстилке и воде в расчете на одно животное в сутки, кг/гол.

- влажность навоза:

^я = + + ). (102)

4.2. На основании результатов исследований принимается влажность смеси. Исходя из вида навоза и имеющегося влагопоглощаю-щего наполнителя, принимается тип технологии ферментации (на площадке или закрытой установке).

4.3. Исходя из формы и размеров тела компостирования и типа теплоизоляции определяется величина активного тепловыделения обеспечивающего саморазогревание смеси до температуры не ниже 55 °С по <

ат(К ^нар) ,..

Ча =-;-(1(ь>

КГфРс,

где г - характерный размер тела компостирования; м; От - коэффициент теплообмена теплоизолятора, Вт/м2* Г'С; рсм:- плотность смеси: кг/'м3; - температура компоста и наружного воздуха, °С; £|, -. коэффициент формы тела компостирования.

4.4. Величина активного тепловыделения смеси определяется с учетом параметров окру жающей среды, а также условий протекания процесса ферментации

Ча = Чем + С-вАТвкв + СПК, (104)

где qcм- удельное тепловыделение обрабатываемого материала; кДж/кг*час; Св- удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг* °С; АТВ- разность температур между входящим и выходящим воздухом, °С; кв - удельный расход воздуха, кг/т*час; Сп - теплота парообразования воды, кДж/кг; к„- масса испарившейся влаги, кг/т*час.

4.5. По величине удельного тепловыделения смеси из имеющихся видов навоза и влагопоглощающего наполнителя определяется необходимая концентрация сухого вещества навоза в смеси - А#:

-для смесей навоза КРС с торфом: Чкрс~3366,3+94,39\¥см+594,14К„-0.656\У2См+ (105)

+88.44К2н-5,46\УсмКн

-для смесей свиного навоза с торфом:

qcB=-1962,66+55,6m7cм+544ЛKн-0,39W2cм- (106)

-129,79К2н-3 ,76\VcmK и - для смесей помета с торфом:

Ч„=-6430.5+18 9.1 5\Усм+7 12,29Кн-1,3 8ЛУ3См+ (107)

+113,78К21Г-8Л6Л¥СмКн,

где \Vcm~ влажность смеси, %.

4.6. Определив Кц, рассчитывается максимальная влажность исходного навоза по формуле:

Г - 100(» СУ, -Уг ) + Ки^т ООО - Фсм ) (П^,-¡Ут) + К „ (100-1УСМ) '

где \Ут - влажность влагопоглощающего материала, %.

Критическая влажность может быть определена по номограмме (рис.14).

Необходимо, чтобы расчетная влажность навоза была не выше его фактической влажности после удаления с фермы.

4.7. При высокой фактической влажности навоза необходимо провести его обезвоживание с применением предлагаемых технических средств. Выбрав машины для разделения навоза на фракции, по их эффективности выделения твердых веществ Эр и влажности получаемой твердой фракции \Утв определяется ее выход Мтв

Дш* м

0,85 0,7 0,65 0,40 0,26 1 2 3 4 5 ,кВи/юг*'«

Рис.14. Номограмма для определения критической влажности навоза.

МЯ(Щ-ПГН)ЭР 100(100 -WT3)

где Мн - масса навоза, кг.

4.8. Потребность во влагопоглащающем наполнителе определяется по формуле:

W -W

МТ=МН8=МЧ-Н ш-. (110)

J и л w -W '

см ит

где 6 - относительное содержание влагоиоглощающего материала в смеси.

4.9. Масса исходной смеси:

Мсм=Мн(1+б), (111)

4.10. Определение размеров тела компостирования. Диаметр барабана биоферментатора:

3 б РСМ Я. а

где Кб - отношение длины барабана к его диаметру; К? - коэффициент загрузки барабана.

Ширина бхрта смеси треугольного сечения на площадке:

6(Кк+4)ат(Тп-Т1щ,)соза В =---, (113)

(3tLK+2)qa

где Кк - отношение длины бурта к его ширине. Максимальная высота бурта:

#,„„.. = —r4-In—?.-^-— (114)

max

п2

С,С,

(У

f „л

1-0,01WC

V. Рь)

4.11. Расход воздуха:

Ов^кв*Мсм. ' (115)

4.12. Концентрация активного углерода в смеси исходных компонентов:

сс = р х с;. /(8+1) (пб)

Й. СЛ1 -н ' '

где Сс - общая концентрация углерода, кг/т СВ; р - максимальная

величина распада органического вещества в долях единицы.

4.13. Концентрация подвижного азота:

С, +SxCv „

С --(117)

S+J

где CVa н, CNj - концентрация подвижного азота в отходах животноводства и в наполнителе, кг/т СВ.

4.14. Необходимая доза азота в смеси:

е., +£хс\,

(".•л - с,-./;, - , (ню

о + 1

где Cv - концентрация сухого вещества микрофлоры, кг/т СВ;

/.„- долевое содержание азота в сухой массе микрофлоры.

4.15. Начальное отношение C/N в смеси:

Сг +öxC,

(C/N)m =

CVe +S x С v>

4.16. Конечная масса компоста определяется по формуле: (100 -КШ)3СМ (1 -3К)3СМ!3К

Мк = М си 10

(120)

(100 - WK)3K 1 - Зсм'

где Зс.и,Зк - зольность сухого вещества смеси и компоста.

4.17. Площадь внесения удобрений определяется элементом, дающим максимальную величину площади:

1ОООМг (1 - 0.0\Wvñ )КГКТ 100 .

S =---—-'. ■ i-->max, (12П

100 УтВ}-П,Кщ

где М\: - масса компоста, т; К®* - коэффициент использования NPK из удобрений,%; B¡ - вынос NPK урожаем картофеля, кг/т; Упл - планируемый урожай картофеля,т/га, /7, - содержание питательных элементов в почве, мг/кт; Кщ - коэффициент использования питательных веществ из почвы,%.

4.18. Потребность в дополнительном объеме минеральных удобрений определяется по формуле:

(100УВ Кг, )S -Mf.K?K™

j^ muh ___2__; I,] ' пьх_к j у} (Г?2)

J ~ 10 К»*чК»ш

где К*ин - коэффициент действующего вещества в минеральных удобрсниях;%; К."!'" - коэффициент использования NPK минеральных удобрений,%.

4.19. Охденка проектируемой технологической линии производства удобрений проводится на ПЭВМ с использованием комплекта компьютерных программ (приложение 5).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

]. Математическая модель «ферма - сооружение обработки и хранения навоза - почва» представляет собой сложную многоуровневую биотехническую систему , испытывающую воздействия, как случайных, так и управляемых факторов. Система имеет многоступенчатую структуру, в которую входят на первом уровне - модели видов органических удобрений, на втором уровне- модели отдельных технологических процессов, на третьем - модели отдельных технологических операций. Процессы структу рной модели: удаление, переработка навоза и внесение удобрений в почву имеют самостоятельное функциональное назначение, что позволяет при разработке математической модели рассматривать их отдельно.

2. Разработанная экономико-математическая модель системы «ферма ~ сооружения обработки и хранения навоза - почва» позволяет провести оценку качества предложенных технологий и, обеспечивающих их технических средств на принципах многокритериальной оптимизации, отражающей удельные комплексные и энергетические затраты на 1т запрограммированной урожайности (формулы 8,15). Компромиссным критерием оценки могут быть удельные обобщенные затраты на единицу объема питательных веществ навоза, доведенных до растения (формула 9). Потери питательных веществ в процессе движения навоза от животного до растения могут быть выражены коэффициентом экологической безопасности.

3. Алгоритмы и комплект компьютерных программ (приложение 5), разработанных на основе принятых критериев, позволили выявить наиболее эффективные технологии производства экологически безопасных, биологически активных удобрений из отходов животноводства и птицеводства: подстилочное содержание животных, активная биоферментация компостных смесей на открытых площадках или в закрытых установках с последующей корректировкой содержания питательных веществ и внесением удобрений в прикорневую зону под запланированный урожай. Доза таких удобрений, по сравнению с традиционно применяемой технологией их производства, снижается в 2-4 раза (рис.4, 5).

4. Основные размеры, расход воздуха и температурное поле по сечению тела компостирования, зависящие от качества теплоизоляции, температу ры наружного воздуха и величины удельного тепловыделения с у четом величины пористости смеси, следует определять на основе анализа у равнений окислительных реакций и теплового баланса биоферментации компостной смеси(формулы 28, 45. 49).

5. Эффективность процесса биоферментации компостной смеси следует определять с учетом основных его параметров: количество легко разлагаемого органического вещества навоза или помета, величина концентрации и отношение утлерода и азота, а также величина пористости смеси. Тепловыделение, обеспечивающее саморазогревание смеси заданной влажности до требуемой температуры, ограничивается относительным содержанием сухого вещества навоза или помета в смеси и их влагосодержанием (формулы 63 - 66, 68, 74).

6. Обезвоживание навоза, при его повышенном влагосодержа-нии, следует проводить на виброгрохотах, в отстойниках с механической выгрузкой осадка и на длиннороторных центрифугах с применением флокулянтов. Предлагаемая модернизация виброгрохота ПИЛ-52 обеспечивает выделение грубых взвешенных веществ из свиного навоза с эффективностью не менее 50% при производительности 100120 м7ч и удельной энергоемкости 0,1-0,15 кВт*ч/м'. Применение механических средств выгрузки осадка в отстойниках обеспечивает получение его влажности 90-92% при эффективности выделения-взвешенных веществ до 90% (формулы 88, 89, 90 - 93). Последующее обезвоживание на центрифутах позволяет довести влажность осадка до 80 - 82% (формулы 94 - 98).

7. Крупнотоннажное производство биологически активных удобрений из навоза и помета следует проводить на открытых площадках с применением высокопроизводительного оборудования. Основой такой линии является смеситель-аэратор, обеспечивающий производительность в 80-120 т/час с удельными энергозатратами 0,070,10 кВт*ч/т (формулы 99 - 100).

8. Производство высоко эффективных экологически чистых, биологически активных удобрений из навоза и помета следует проводить в установках закрытого типа на основе периодически вращающегося барабанного биофермеитатора с оборудованием очистки отработанного воздуха. Установка обеспечивает ферментацию смеси в непрерывном режиме, надежную дегельминтизацию и инактивацию семян сорных растений в течении 2-3 суток при производительности равной 30-35% от объема ферментатора.

9. Высокая эффективность предлагаемых в работе модернизированных и вновь разработанных машин и оборудования подтверждена результатами широкой производственной проверки и длительной эксплуатации:

- оборудование по разделению навоза обеспечивает снижение влажности с 98-99% до 80-82% и уменьшение его выхода в 5-6 раз, а потребность в торфе при последующем компостировании в 10-15 раз (формулы 90 - 98);

- оборудование по производству удобрений на площадках, в сравнении с традиционно применяемой технологией, обеспечивает: сокращение площади для биотермической обработки смеси на 5060%, уменьшение сроков обработки в 2 раза, снижение влажности готового удобрения на 5-10%с дегельминтизацию смеси, инактивацию семян сорных растений и, как следствие, снижение себестоимости продукции на 30% и потерь питательных веществ на 20-30% (формула 99,100);

- оборудование по непрерывному производству высококачественных компостов в закрытых установках обеспечивает: переработку отходов независимо от температуры внешней среды, сокращение периода дегельминтизации смеси и инактивации семян сорняков до 2-х суток, получение высококачественных удобрений с физико-механическими свойствами, позволяющими внесение их в прикорневую зону пропашных культур, снижение дозы внесения в 3-4 раза, повышение экологической безопасности производства удобрений до 9798%, снижение себестоимости продукции по сравнению с циклической технологией на 15-20%

10. Проектирование технологических линий и производства экологически безопасных биологически активных удобрений из навоза и помета следует проводить в соответствии с методикой, основой которой является создание условий, обеспечивающих саморазогрев смеси до требуемой температуры (формулы 101 - 122, номограмма рис.14). Оценка технологий может быть проверена на ПЭВМ с использованием комплекта компьютерных программ (приложение 5).

11. Результаты исследований реализованы в зональной, союзной и Федеральной системах машин и технологий: 10 исходных требованиях; 5 единицах оборудования, прошедших приемочные испытания и производственную проверку; 5 типовых и 8 индивидуальных проектах; ГОСТах; 3 инстру кциях по технологическому контролю за сооружениями обработки навоза; 16 рекомендациях и методических указаниях. До 1990 года суммарный экономический эффект от реализации освоенных разработок составил около 2,1 млн. руб.

12. Применение предлагаемых технологий и технических средств в Нечерноземной зоне позволит сократить потерн питательных веществ не менее, чем на 30%, что позволит получить дополнительный урожай в пересчете на зерно 4,5 млн. т, предотвратить экологический ущерб в 3,4 млрд. руб.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Афанасьев В.Н. Калюга В.В. и др. Основы методики определения физико-механических свойств текучих кормовых смесей и свиного навоза //Науч. труды НИПТИМЭСХ С.-З.-Л':, 1971.-Вып.7.-С.114-118.

2. Афанасьев В.Н.. Калюга В.В. и др. Рекомендации по устройству и эксплуатации самотечной и смывной систем удаления навоза в свинарниках. -М.: Россельхозгодат, 1973.-48 с.

3. Афанасьев В.Н, Хазанов Е.Е., Коган С.Г. Результаты проверки линии утилизации навоза. //Науч. труды НИПТИМЭСХ С.-З.-Л.:, 1974.-Вып.16.

4. Афанасьев В.Н, Хазанов Е.Е. и др. Применение анализа потока научно-технической информации при выборе направлений исследований. //Науч. труды НИПТИМЭСХ С.-З.-Л.:, 1975.-Вып. 17.

5. Афанасьев В.Н, Поздссва Е.С. Использование дисперсионного анализа при проведении двухфакторного эксперимента по выращиванию водорослей на осветленной жидкости. //Науч. труды НИТТГЙМЭСХ С.-З.-Л.:, 1975,-Вып.17.

6. Афанасьев В.Н, Поздеева Е.С., Рабинович Г.Б. Использование сточных вод животноводческих комплексов в качестве питательной среды для культивирования .микроводорослей. //Науч. труды НИПТИМЭСХ С.-З.-Л.:, 1975.-Вып. 19.

7. Афанасьев В.Н, Калюга В.В. и др. Технология и комплексы машин для уборки, обработки и использования навоза в качестве удобрения: Рекомендации. - Л:, НИПТИМЭСХ С.-З., 1975.- 28 с.

8. A.C. №> 496253 СССР С 05 F 3/00. Способ получения среды из навоза для выращивания' хлореллы. / Афанасьев В.Н, Поздеева Е.С., Яблочков В.И./. Заявлено 01.04.74, №2013254/30-15. Опубликовано 25.12.75. Бгол. №47.

9. Афанасьев В.Н, Хазанов Е.Е. Утилизация навоза на свиноводческих комплексах //Комплексное развитие сельскохозяйственных предприятий, Лениздат, 1976.

10. Афанасьев В.Н, Евстифесва И.С. Внедрение эффективных технологических схем в практику очистки сточных вод животноводческих комплексов //Материалы семинараг'Повышение эффективности сельскохозяйственного строительства'",-Л.:. 1978.

И. Афанасьев В.Н Технология и средства обработки навоза и подготовки его к использованию // Повышение эффективности производства и

использования органических удобрений в Российской Федерации: ВАСХНИЛ, -М.:,1978.

12. Афанасьев В.Н, . Калюга В.В. и др. Системы удаления, переработки и использования навоза свинокомплексов в качестве удобрения: Рекомендации. -М: Россельхозиздат. -1979.-6.3-16.

13. Афанасьев В.Н, Марцулевич И.А. Исследование процесса разделения навоза в радиальном отстойнике //Технология и механизация заготовки кормов и работ на животноводческих фермах:Сборник НИПТИМЭСХ С.-З,-Л.:, 1979.

14. Афанасьев В.Н, Чекаев М.Г. Терм о фи льно -мею ф и ль ная стабилизация избыточного активного ила свинокомплексов. //Технология и механизация заготовки кормов и работ на животноводческих фсрмах:Сборник НИПТИМЭСХ С.-З.-Л.:, 1979.

15. Афанасьев В.Н, Сапожников H.A. и др. Рекомендации по применению органических удобрений в Ленинградской области.-Ленуириздат, 1979.

16. Афанасьев В.Н, Мельников C.B. и др. Технологическое оборудование свинокомплексов. - М: Россельхозиздат, 1979.-1/5 с.

17. A.C. 751345 СССР А 01 с 3/00 Установка переработки навоза / Афанасьев В.Н, Сечкин B.C. и др №2460263/30-15. Заявлено 05.03.77. Опубликовано 30.07.80. бюл. 28.

18. A.C. S29595 СССР С 02 F 11/00. Устройство для выгрузки осадка. / Афанасьев В.Н , Яблочков В.И., Келембет В.М./ Заявлено 25.07.79, №2829660/29-26. Опубликовано 15.05.81. Бюл. №18.

19. Афанасьев В.Н, Марцулевич И.А., Яблочков В.И. Система разделения навоза на свинокомплексе "Восточный" //Техника в сельском хозяйстве. № 1, 1881.

20. Афанасьев В.Н., Хазанов Е.Е. По ту сторону комплекса. //Сельская жизнь, июль, 1981.'-№22.

21. Афанасьев В.Н, Мишуков Б.Г. и др. Переработка навоза животноводческих ферм и комплексов: Методические указания.-Л.:. НИПТИМЭСХ С.-З. 1981.

22. Афанасьев В.Н., Ярощук В.А., Лшишк Н.К. Торфяные компоста для ремонта полей //Сельское хозяйство Нечерноземья..-1982.-№9.

23. Афанасьев В.Н., Калюга В.В. и др. Рекомендации по ведению свиноводства на реконструируемых фермах НЗ РСФСР,- Л.: ОНЗ ВАСХНИЛ, 1982. -57с.

24. Ковалев Н.Г., Афанасьев В.Н и др. Методические рекомендации по проектированию систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и утилизации навоза и помета. -М.: Роспшрониисельстрой, 1982.

25. A.C. 897765 СССР А 01 с 3/02Устройство для приготовления компостов. /Афанасьев В.Н, Цветков С.А. -№2950038/30-15. Заявлено 02.07.80. Опубликовано 15.01,82, бюл.№2.

26. A.C. 929154 СССР, В 01Д21/24. Устройство для выгрузки осадка из отстойников. /Афанасьев В.Н., Марцулевич И.А. и др. -№3005013/23-26. Заявлено 25.11.80; Опубликовано 23.05.1982, бюл. №19. '27. A.C. 960148 CCCP.C05F11/00. Устройство для приготовления компоста в. / Афанасьев В.Н., Яро щук В. А. и др. -№2908827/30-15. Заявлено 15.02.80. Опубликовано 23.09.82, бюл 35.

28. Афанасьев В.Н.. Калюга В.В. Анализ способов переработки и использования навоза животноводческих ферм и комплексов // Сб. трудов НИГГГИМЭСХ Ю РСФСР.- Л.:, 1982,- С.42-49.

29. Ковалев Н.Г.Афанасьев В.Н., Мишуков Б.Г.и др. Инструкция по лабораторному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах. Часть 1. Организация лаборатории. Методы санаторно-бактериологического и гельминтологического анализа сточных вод. Часть 11. Методы химического анализа сточных вод животноодческих комплексов. Часть III. Определение биогенных веществ.-М.: Колос, 1982,1983,1984.

30. Афанасьев В.Н., Емельянова М.Т., Архппченко И.А. Совершенствование технологической линии обработки свиноводческих стоков. //Механизация и электрификация сельского хозяйства.-1982.-№8.

31. Афанасьев В.Н., Мишуков Б.Г., Федотов В.М. Средства механизации удаления свиноводческих стоков. //Техника в сельском хозяйстве. -1983.-№1.

32. Ковалев Н.Г., Дерябин A.A., Афанасьев В.Н., и др. Нормы технологического проектирования систем удаления, обработки, хранения, транспортировки и использования навоза и помета (ОНТП-17-81). -М.: Колос. 1983.

33. Афанасьев В.Н., Мишуков Б.Г. и др. Оценка саннтарно-бактериологической эффективности аэробного термофильно-мезофилъного сбраживания животноводческих стоков. //Гигиена и сатггария.-1983.-№8.

34. Афанасьев В.Н., Мельников C.B. и др. Справочник по механизации животноводческих ферм. - Л.: Колос, 1983. - 336 с.

35. Афанасьев В.Н., Калюга В.В. и др. Методические рекомендации по проектированию систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и утилизации навоза и помета. - М.: Колос, 1983.-60 с.

36. Афанасьев В.Н.. Калюга В.В., и др. Научно-обоснованная система ведения животноводства Ленинградской области. - Л.: ОНЗ ВАСХНИЛ, 1983.183 с.

37. Афанасьев В.Н., Калюга В.В. и др. Система машин для комплексной механизации животноводства Нечерноземной зоны РСФСР на 1981-1990 гг.: Рекомендации-Л. : ОНЗ ВАСХНИЛ, 1983. - 208 с.

38. Афанасьев В.Н., Марцулевич НА. Изыскание путей обезвоживания осадков свиноводческих стоков. //Способы и средства механизации и автоматизации работ и процессов на животноводческих фермах и комплексах в Нечерноземной зоне РСФСР: Сб.науч.трудов.-Л.: НИПТЯМЭСЗ НЗ РФ, 1983.

39. Афанасьев В.Н, Цветков С.А. Методические рекомендации по проектированию цехов и площадок для компостирования навоза на животноводческих предприятиях. -М.: Гипрониселъхоз, 1983.

40. Афанасьев В.Н., Марцулевич И.А. Охрана окружающей среды от отходов животноводческих ферм и комплексов. //Сб. Механизация удаления, обработки и использования навоза ВНИИМЖ. -Подольск. 1983

41. А.С, 1080772 СССР. А01 сЗ/00. Устройство для приготовления компостов / Афанасьев В.Н., Ярощук В.А. и др. -№ 3438107/30-15. Заявлено 12.05.82, Опубликовано 23.03.84, бюл. №11.

42. Афанасьев В.Н., Цветков С.А. Производство твердых органических удобрений: Методические указания. -Л.:, НИПТИМЭСХ НЗ РФ, 1984.

43. Афанасьев В.Н. Обоснование критической влажности жидкого навоза и помета, исключающей загрязнение окружающей среды. //Способы и средства механизации и автоматизации работ и процессов на животноводческих фермах и комплексах в Нечерноземной зоне РСФСР: Сб. науч. трудов -Л.: НИПТИМЭСХ НЗ, 1984,- вып.43.

44. Афанасьев В.Н.. Миллер В.В. и др. Выбор критерия стабильности навозной массы комплексов крупного рогатого скота. // Способы и средства механизации и автоматизации работ и процессов на животноводческих фермах и комплексах в Нечерноземной зоне РСФСР: Сб. науч. трудов -Л.: НИПТИМЭСХ НЗ, 1984,- вып.43.

45. Афанасьев В.Н. Калюга В.В, и др. Удаление и подготовка свиного навоза к использованию в качестве органических удобрений: Методические рекомендации. - Л.: НИПТИМЭСХ НЗ, 1985. - 43 с.

46. Афанасьев В.Н., Поздеева Е.С., Захаров В.М. Агрохимическая оценка различных способов приготовления удобрений нз свиного навоза. // Способы и средства механизации и автоматизации работ и процессов на животноводческих фермах и комплексах в Нечерноземной зоне РСФСР: Сб. науч. трудов,- Л.: НИПТИМЭСХ НЗ, 1985,-вьш. 47.

47. Афанасьев В.Н., Вайсберг О. Я.., Миллер В.В. Закономерности развития популяции мшероорганизмов при ферментации жидкого навоза и помета. . // Способы и средства механизации и автоматизации работ и процессов на животноводческих фермах и комплексах в Нечерноземной зоне РСФСР: Сб. науч. трудов,- Л.: НИПТИМЭСХ НЗ, 1985,-вьш. 47.

48. A.C. 1105320 СССР, А 01 к 1/00. Устройство для удаления стоков в свинарнике / Афанасьев В.Н., Калюга В.В. и др. - 3477875/30-Ю; Заявлено 02.08.82; Опубликовано 07.07.85, Бюл. 25.

49. A.C. 1226723 СССР, Генератор упругих колебаний / Афанасьев В.Н,, Миллер В.В. и др. - 3792164; Заявлено 20.09.84; Опубликовано.

50. Афанасьев В.Н.. Иванов Г.В., Подпорнн A.B. Аэробно-анаэробная обработка куриного помета. //Сб.трудов ЛИСИ. -Л;., 1986.

51. Афанасьев В.Н., Иванов Г".В.. Подпорин A.B. Метановое сбраживание куриного помета. //Сб.трудов ЛИСИ. -Л.:, 1986.

52. A.C. 1248666 СССР. В 04 ВЗ/4. Осадителъная центрифуга. / Афанасьев В.Н., Яблочков В.И. и др. № 3353380/26-13. Заявлено 12.06.81.; Опубликовано 07.08.86, бюл.№ 29.

53.'A.C. 1209609 СССР. C02F3/16 Механический аэратор . /Афанасьев В.Н., Миллер В.В. и др. 3775673/23-26. Заявлено 25.07.84; Опубликовано 07.02.86, бюл.№ 5.

54. Афанасьев В.Н., Калюга В.В. и др. Совершенствование технологических линий удаления и подготовки свиного навоза, предназначенного для нсполь-зования в качестве органических удобрений: Методические рекомендации.-М„ 1986,-70 с.

55. Афанасьев В.Н., Вяткии А.Г. и др. Результаты исследования физико-механических свойств смесей навоза и помета. // Способы и средства механизации и автоматизации работ и процессов на животноводческих фермах и комплексах в Нечерноземной зоне РСФСР: Сб. науч. трудов -Л.: НИПТИМЭСХНЗ, 1986.-вып.49.

56. Афанасьев В.Н., Миллер В.В. и др. Расчет конечной массы компоста.// Химия в сельском хозяйстве,-1986.4.

57. Афанасьев D.H.. Миллер В.В. Углерод-азотное соотношение в компостируемых смесях. // Химия в сельском хозяйстве. -1986. -№>8.

58. Афанасьев В.Н., Ермоленко В.А. и др. Установка для метанового сбраживания. Программа и методы испытаний. ОСТ 10.20.1-87

59. A.C. 1301790 СССР, C02F 3/00 Установка для обеззараживания отходов животноводства . /Афанасьев В.Н., Миллер В.В. и др. -№ 3924143/23-26; Заявлено 22.03.85; Опубликовано 07.04.87, бюл.№ 13.

60. Афанасьев В.Н., Лапатухин А.Н., Марцулевич И.А. Условия эффективного разделения навозных стоков в вертикальных отстойниках. // Механизация производственных процессов в животноводстве и кормопроизводстве в условиях интенсификации: Сб. науч. трудов -Л.: НИПТИМЗСХ НЗ, 1987,- вып. 51.

61. Афанасьев В.Н. Миллер В.В. Критическая влажность компостируемых отходов животноводства и птицеводства. //Вестник сельскохозяйственной науки. -1987.-№5.

62. Небольсин А.Н., Афанасьев В.Н., и др. Научные основы применения органических удобренийй в Ленинградской области: Рекомендации.-Л.: СЗ НИЙСХ.-1987.

63. Марченко Н.М., Афанасьев В.Н., и др. Типовая технология производства и внесения твердых органических удобрений. -М.: ВИМ, 1987.

64. Ермоленко В. А., Афанасьев В.Н. и др. Испытайте сельскохозяйственной техники. Машины и оборудование для переработки и обеззараживания жидкого навоза: Программа и методы испытаний ОСТ 10.20.8-86. -М.: Госагропром, 1987.

65. Морозов Ю.Л Афанасьев В.Н., и др. Система машин для комплексной механизации животноводства НЗ РСФСР на 1986-1990 гг.: Методические рекомендации. - Л. - Пушкин. 1987,- С. 78-138.

66. Афанасьев В.Н., Миллер B.B. Производство высококачественных органических удобрений. -Л.: Знание. 1988.

67. АС. 1437355 ССР. С02 F3/28. Устройство для сбраживания жидких отходов. /Афанасьев В.Н., МиллерВ.В. и др. -№ 4231339. Заявлено 20.04.87: Опубликовано 15.11.88, бюл.№ 42.

6S. A.C. 1428421 СССР, В 01 ДЗЗ/04. Устройство для очистки жидкостей от взвешенных примесей/Афанасьев В.Н.. Марцулевич И.А., Харитонов А.Н. -№ 4086456/30-26. Заявлено 10.07.86. Опубликовано 07.10.88, бюл.№37.

69. Афанасьев В.Н., Вяткин А.Г., Сокольников В.А. Оптимальные режимы работы смесителя-аэратора, // Ингенсифшсация технологических процессов и работ в животноводстве Нечерноземной зоны РСФСР: Сб. науч. трудов.-Л.: НИПТИМЭСХНЗ, 1988,- вып.53.

70. Афанасьев В.Н., Марцулевич И,А.Охрана окружающей среда от отходов животновод-ческнх ферм и комплексов. //Механизация удаления, обработки и использования навоза. Сб. докладов. - ВНИИМЖ, 1988.

71. A.C. 1371960 СССР, C05F 7/00 Способ приготовления компостов. /Афанасьев В.Н., Миллер В.В. и др. -№ 4107410/30-15. Заявлено 15.08.86. Опубликовано 07.02.88, бюл.№ 5.

72. Афанасьев В.Н., Миллер В.В., Подпорин A.B. Энергосберегающая технология.// Нечерноземье.-1989,-№ 12.

73. A.C. 1484312 СССР. А 01 СЗ/02. Реактор для сбраживания: навоза. /Афанасьев В.Н., Миллер В.В. и др. -№ 4273433/30-15. ЗаявленоОЗ.Об.87. Опубликовано 07.06.89, бюл.№ 21.

74. A.C. 14843 И СССР. А 01 СЗ/02 Реактор для сбраживания помета. /Афанасьев В.Н.. Миллер В.В. и др. -№ 4256223/30-15. Заявлено 03.06.87. Опубликовано 07.06.89, бюл.№ 24.

75. A.C. 1542943 СССР, С05 F 3/00. Способ переработки помета ггшц на удобрение и в биогаз. /Афанасьев В.Н., Миллер В.В. и др. -№4419796/30-15. 3аявлено03.05.88. Опубликовано 15.02.90, бюл.№6.

76. Афанасьев В.Н., Архипченко И.А. и др. Механизированные технологии охраны окружающей среды на животноводческих фермах и комплексах: Методические рекомендации,- Л.: ЛДНТП, Знание. 1990.

77. Афанасьев В.Н Mechanizjvane technologie vyroby wsoce efektivnich or-gamckych hiiojiv. //EKOLOGICKT ASPEKTYVYUZITl UPRAVY A ZPRACOYANIКЕГОУ. (Sbomik se Seminare). - Kostelec nad Orlici, 1990.

78. A.C. 1780838 СССР В 04 В 1/2 .Осадительная центрифуга //Афанасьев В.Н.,Банков и др. -№ 4429017/13. Заявлено 23.05.88. Опубликовано 15.12.92, бюл.№ 46.

79. Афанасьев В.Н., Миллер В.В., Лапатухин А.И. Математическое моделирование процесса очистки сточных вод промышленного свиноводства в каскадных рыбоводно-биологических прудах. // Совершенствование технологических процессов и технических средств в кормопроизводстве и животноводстве: Сб. науч. трудов.-Л.: НИПТИМЭСХ НЗ. 1992.-вып.62.

80. Патент 1824380 Россия, А 01 к 61/00. Способ очистки навозных стоков./Афанасьев В.Н., ЛапотухннА.И.. Миллер В.В..-№4874873/13. Заявлено 16.10.90. Опубликовано 30.06.93., бюл.№24.

81. Янковский И.Е., Афанасьев В.Н., Устроев A.A. и др. Перспективные технологии и концепции развития комплексной механизации и автоматизации производства мяса езигашы // Концепция развития механизатцш, электрификации и автоматизации с.-х. производства НЗ РФ на 1995 г. и на период до 2000 г. - Спб., 1993.-С. 125-131; С. 138-144.

82. Afanasjev V. V. Miller V. V. Produstion of bioactive fertilizers from livestock waste. /Biofertilizers from animal fann wastes. Saint- Pitersburg, 1993.

83. Афанасьев B.H., Марцулевич H.A., Миллер B.B. Новые технологии приготовления высококачественных органических удобрений при дефиците влагопоглощающих материалов. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Нечерноземной зоне России: Сб. науч. трудов НИПТИМЭСХ НЗ. - СПб. , 1994,-вып. 64.

84. A.C. 2017705, С 15 F3/00. Способ получения органического удобрения. //Афанасьев В.Н, Миллер В.В.и др. 4429017/13. Заявлено 01.11.90. Опубликовано 15.08.94, бюл. №15.

85. Афанасьев В.Н. Современное состояние и пути повышения экологической безопасности животноводства и птицеводства. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Нечерноземной зоне России: Сб. науч. трудов НИПТИМЭСХ НЗ. - СПб., 1996,- вып. 66.

86. Афанасьев В.Н., Афанасьев A.B., Герш Н.Б. Технологические параметры непрерывного производства биологически активного субстрата из торфа на основе микробного нреперата. . // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Нечерноземной зоне России: Сб. науч. трудов НИПТИМЭСХ НЗ. - СПб. , 1996,-вып. 66.

87. Афанасьев В.Н. Stan obecny isposob ogranic/еш ujemnego vvplymu ferm hodowlanych на srodowislco vv obwodzie leningrd zkim/ /Сборник докладов Ш международного симпозиума IBMER, WARSZAWA, 1996.

88. Афанасьев В.Н. Технология и технические средства приготовления компостов из отходов животноводства. // Технологические и технические решения упшизации отходов птицефабрик и животноводческих комплексов: Сб докладов,- М„ хМСХиП, 1997

89. Афанасьев В.Н., Герш Н.Б. Wytwar zanie nawozuz torfu pod uprawe war-zvw i kvvia tow. /Сборник докладов IV Международного симпозиума IBMER, WARSZAWA, 1997.

90. Афанасьев B.H., Попов В. Д., Стариков В.М. Экология АПК: Проблемы и практика управления проиродными ресурсами в сельскохозяйственном регионе ( опыт русско-шведского сотрудничества). Инженерная экология, 1998, №1.

91. Афанасьев В.II..Максимов ДА., Афанасьев A.B. Oprakowanie ekologic-znych bezpiecznych lehnologii utylizacji odchodov. / Сборник докладов IV Международной международной конференции IBM ER. WARSZAWA, 1998.

92. Афанасьев B.H. Круглов Ю.В. Биологически активный грунт для оздоровления шчв.//Международньш журнал. "Сельскохозяйственные веспГ-1998. -Ш -2.

93. Афанасьев В,Н , Никольский А.Е. Передовые технологии утилизации навоза и помета - основа экологической безопасности сельскохозяйственного производства //Тезисы докладовка научно-практической конференции "Экология и сельскохозяйственная техника'. -СПб-Павловск. СЗНИИМЭСХ.

1998.

94. Афанасьев В Н. Оценка и организационные меры повышения экологической безопасности сельскохозяйственного производства. // Совершенствование технологических процессов и технических средств в кормопроизводстве и животноводстве: Сб. науч. трудов. - СПб.: СЗНИИМЭСХ, 1998.-выл.68.

95. Афанасьев В.Н., Максимов Д.А. Производство биологически активного грунта для выращивания овощей и цветов и оздоровления почв. // Совершенствование технологических процессов и технических средств в кормопроизводстве и животноводстве: Сб. науч. трудов. - СПб.: СЗНИИМЭСХ, 1998.-вып.68.

96. Афанасьев В.Н., Максимов Д.А. и др. Rezultaty badan ekspeiymentalnych nad ekologiszna energooszezedna techologia przerobke navozu i pomioty. /Сборник докладов VI Международного симпозиума IBMER, WARSZAWA,

1999.

97. Афанасьев B.H., Максимов ДА. Результаты экспериментальной проверки технологии производства биологически активных органических удобрений из помета. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Нечерноземной зоне России: Сб. ка\ч. трудов НИПТИМЭСХ НЗ. - СПб.: 1999.- вып. 70.

98. Афанасьев В.Н., Афанасьев A.B. Эколого-экономическая оценка технологий и технических средств утилизации навоза .//Сб.докладов на научно-практической конференции "Экология и сельскохозяйственная техника",-СПб-Павловск, СЗНИИМЭСХ, 2000.

99. Заявка N98122466/13(024134) С 05 Р 3/06, А 01 С 3/02 Устройство для приготовления компостов / Афанасьев В.Н.. Максимов Д.А. и др. Приоритет от 04.12.98

I. Наименование и область применения 3

Основание для разработки 3

3. Цель я назначение заработки 3

4. Источники разработки 3

5. Технические требования 4

6. Экономические показатели ?. Стадии и этапк разработки ® 8. Порядок контроля и приемки 8

ПРШШШ

I. Исходные требования на струйный аэратор 2* Расчет еконошческой эффективности применения струйного аэратора 3. Техшко-экономичесхие показателю данного вида техшки

I. ЩЦМКШЕЦдо; И OBlACTb ПРШШШШ

I.I. СгцгЯшЙ аэратор (в дальнейшем аэратор) применяется дм насыщения кислородо»i ноэдуха органкчески аагрязненных наао-эооодершрх стоков в процессе юс биологической очистки аероб-мой аяябияяаахря я дезодорации.

1*2. Аэратор агрегатируется о фекальным насосом» хшмрш часовую нодачэг боям иР/ч я шпор бот б m вод. от*

1*3. Зет ирмияяц I.20.

2. ОСЮВАШЕ m РАЗРАБОТКИ

2.1. Пая НИР я ОКР m 1990-1995 i*rt научно-техническое вадашяа программы .Р.02, ип программы 01.07.03, договор 0075 0H3 РАСЭШ о Ш0 "НечериоэекагромавГ.

2*2. Система маяш дяя комплексной механизации сэльхозпро-изэедства на 1991-2000 гг. Часть П. Животноводстве, Шифр Ж.15.2.16.

2.3. Заявка МСЭС Pi яа разработку я освоение струйного аэратора. Регистрационный W Ж 15/001.

3. 1ЩЬ И НАЗНАЧЕНИЕ РАЗРАБОТКИ

3.1. Цеяья рааработкя является соэдание универсального многофункционального аэратора для насыщения кислородом воздуха ков» цевтркрованшх навозосодвряищих стоков.

3.2. Аэратор разрабатывается впервые, взамен еуществушрх аэраторов áQH*24 я КПС-108., позорна швт шзкяе техюисо—эко-номическме показатели яря эксплуатации в жестких условиях обра-ботшк концвнгрированных яавоаододаршмрк стоков.

4. ИСГОШКЙ РАЗРАБОТКИ

4.1. Исходим® требования m аэратор дяя обработки навоз©-еодершщих еточнтс вод. глъшлт,

4*3* документации 2.61-91.100.

5.

Щ, изготовленный по технической

5Д. Состав изделия и требования к конструктивно»^ устройсг

5ЛД, Аэратор состоит из корпуса с вшншровашшм соплом, воэдущйого коллектора, питающего трубопровода и фекального насоса.

5.1.2. Корпус аэратора выполнен диаметром мм, ш концам которого крепятся через фланцы с одной стороны питающий трубопровод, е другой коровы диффузор. цешраяыюй части соруса жестко жрехштся стакан.

5.1.3. Йод стаканом в корпусе аэратора |даксируегея сопло. Сопло выполняется из антикоррозионного материала длиной мм,

5Л.4. диффузор вшолшется в виде переходника от дианегра на входе ш до ш ш выход© обтекаемой форш с вогнутостью боковых стенок. Длина диффузора ш.

5Д.5. Диффузор соединяется через фланец с раструбом. Раструб выполнен в виде трубы переменного сечения. Начальный диаметр составляет ш» конечный - мм,

5.1.6. Стакан выполняется диаметром ш4 шсотой мм. Заканчивается стакан фланцем, через который он соединяется с воздушным коллектором. Длина воздушного коллектора составляет

3000 мм, диаметр од.

5.1.7. Аоратор связан е фекальдаи насосом через штаккрй трубопровод диаметром мм, либо крепится непосредственно на улитку ваеоса при агрегатировании с насосом ЩММШ*

5Д.8. Масса оборудований ж. белее кг*

5Д.9. Габаритные размер -BxBxI до белее 150x4000x800 т,

6,2. Показатели назначения.

5.2.Х. Аэратор предназначен для насыщения обрабатываемых наэозоссдержащих стоков кислородом воздуха.

5.2.2. Тип машины - стационарная.

Зона действия одного аэратора яр глубине м составляет не менее $ для концентрированных швозо содержащих стоков и не менее для ливневых сточных год«

5.2.4. Производительность аэратора но всасываемому воздуху ^ не менее насосный эффект - более м3/ч.

5.2.5. Окислительная способность - не шже 7000 г растворен- ^ ного кислорода в час m водопроводной воде.

Аэратор обеспечивает придонную скорость движения жидкости ш менее 0*3 м/с. ;

5.2.7. Напор жидкости перед соплом аэратора - более ш вод.ст

5.2.8. Аэратор должен обеспечивать гашение избыточной пены.

5.2.9. Нормативная загрузка - ш менее 8700 чае в год.

5.2.10. Шособ агрегатирования - электропривод насоса*

6.3. Требования & надежности.

5.3.1. Срок служба - не менее лет.

5.3.2. Наработка на отказ - т менее 8760 час.

5.3.3. Коэффициент готовности - не менее 0,98.

5.4. Требования к технологичности и метрологическому обесг печению разработки» производства и эксплуатации.

5.4.1. Сборочные детали струйного аэратора должны быть технологична © изготовлении.

5.4.2. Б конструкции аэратора должно бить предусмотрено применение стащаргных методов и средств измерений, обеспечивающих заданию точность при изготовлении, эксплуатации я ремонте»

§,5. Требования к решитавригодноети.

5Л5Л • Аэратор должен быть ремонтопригоден в еоответсгвии с

5.6, Требования к уровню унификации я стандартизации.

5.6.1. Коэффициент взаимозаменяемоети - не менее %,

5.6.2, Ушверсальноеть и комбйщрованшеть - не менее опе

5.7. Требования безопасности.

5.7Л . Конструкция аэратора должна соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.042-79 "Машины ж техническое оборудование дан животноводства и кормопроизводства. Общие требования безопасности".

5-8. Эстетические и эргономические показатели.

5.8.Х. Аэратор должен обеспечивать удобство в обслуживаши й эксплуатации и соответствовать эстетически» п эргономическим требованиям ш ГШ 12.2.049-80.

5.9. Требовашя ж патентной чистоте.

5.9.1. Конструкция аэратора должна бить патентно чистой ш отношении стран: СНГ* Взяикобригаши* Японии, США, Франции, Италии»

5.9.2, Коэффищеш? патентной чистоты 1,0.

5.9.3. Аэратор дошей бить кошсуревтш-шоеобный. 5Л0. Требования к составным частш изделия»

5.10.1. Детали аэратора должен быть коррозиостойкиш, износостойкими , крепление их должно исключить ежесменную подтяжку

5.IX. Условия ектлуатащш» требования к техобслуживанию и ремонту.

5,11*1. Аэратор должен работать непрерывно круглосуточно в течение веего года. 5.11,2. Аэратор работает в средах» имеющих следующие ноттемпература от +4°С до тнцентращя нерастворимых примесей - не более 8 шешшшьшЙ размер частиц взвешенных веществ - до им; рН от 6,5 до 8,0.

5.11.3. Конструкция аэратора должна обеспечивать доступ к его узлам я деталям без опорожнения резервуара для проведения тохуходов и ремонта*

5.11.4. Коэффициент использования ~ не менее 0,96.

5.11.5. Средняя оперативная трудоемкость шнтажа (до еборш) изделин - не более чел.ч.

5.11.6. Средняя оперативная трудоемкость сменного техобслуживания - не более 0,01 чел.ч.

5.11.7. Аэратор должен проходить техобслуживание ТО-1. Трудоемкость ежесменного технического обслуживания - не более 0,1 чел.ч/сут.

5.12. Требования к маркировке ш упаковке.

5.12.1 Маркировка аэратора должна бить вшозшеш в соответствий с ШОГ 2.66.28-86.

5.12.2 Упаковка в тару по ГОСТ 141.92-77.

5.13 . требования к транспортированию я хранешю.

5.13 Л * Аэратор должен транспортироваться любым транспортом в соответствии с требовашшш норщ.тивно-техшчеекой документами транспортных ведомств по перевозке грузов.

5.13.2. Хранение аэраторов должно бнть в соответствии с ГОСТ 7751-75. Категория условий хранения 5(01-4) по ГОСТ 15150-69.

5.14. Требовашя ж категории качества аэраторов - должны соответствовать лучшим отечественном образцам.

- 6. ЭЮШШЖШЕ ПОКАЗАТЕЛИ. (в ценах 1984 г)

6.1. Годовой экономический эффект от использования аэратора - 2144 руб/на I аэратор.

6.2. Затраты труда эксплуатационные - 1,8xIG"3 чел.ч/м3.

6.3. Лимитная цена аэратора - 4306 руб. СЩШ Ж ШШ РАЗРАБОТКИ

7.1. Разработка рабочей конструкторской документации - 93.12.

7.2. Изготовление. оштшх образцов - 95.06.

7.3. Проведение предварительных жшшшшй - 95.12.

7.4. ЙЬррекшровна конструкторской документами но результат Tats п редвари тельных испытаний * 95.12 ,

7.5. Доработка опытного образца для проведения приемочных испытаний - 96.06.

7 .6* Проведение приемочных испытаний - 96.10.

7.7. Корректировка Щ по результатам приемочных испытаний - 96.12 .

6. ПРАШМ ШШИШЙ Й ЙРШШ

8Л. Перечень нормативно-технических и конструкторских документов, подлежащих согласованию и утверждению на отдельшх стадиях разработки и перечень организаций, которыми следует согласовать и утвзрзщать документацию, приведен в таблице.

Таблица документ

Программа и методика испытаний

Джт приемочной комиссии

Технические условия

Эксплуатационная документация

От FAGXB

МСЖ РФ

Организация, утвер-щащ^ая документ

Головная машиш-исш-тагельная станция

Председатель пркшоч-ной комиссии

Ш0 " Нечерно зешгрошшм

Ш0 "Нечернозвмагромаш"■

Российская академия сельскохозяйственных наук Отделение по Нечерноземной зоне РФ ■ НПО "НЕЧЕРНОЗЕМАГРОМАШ"

СОГЛАСОВАНО:

Заместитель

Главмехэлектро"

Г.М.Анисимов ^г.

УТВЕРЖДАЮ: еральный.директор ^ Нечерноземагромаш"

ЛГ 0

Г.Е.Исаев

1993 г.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ АППАРАТА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ' ФИЛЬТРАЦИИ НАВ030С ОДЕРЖАВДХ СТОЧНЫХ ВОД задание программы 05.Р.02, договор 0075) СОГЛАСОВАНО:

Начальник отдела механизации и электрификации сельскохозяйственного производства ОНЗ РАСГ"

А.А.Устроев "уВо " сиърел-р 1993 г.

Псковского завода

Зав.лабораторией экологической безопасности животноводства в.Н. Афанасьев

1993 г.

Ответственный исполнитель' ст.научн.сотр. лаборатории экологической безопасности

Миллер коземагромаш Ш)

Ф.Большаков 1993 г.

Начальник ОКБ НПО "Нечерноземагромаш" /} А. М. Аршалян п2ёп (Цр^ 1993 г.

Зав. отделом стандартизации НПО "Нечерноземагромаш" Н.П. Иванова

Ж" 1993 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1. Наименование и область применения . .

2. Основание для разработки . . .

- 3. Цель и назначение разработки . 3

4. Источники разработки .

5. Технические требования .

6. Экономические показатели .

7. Стадии и этапы разработки .

8. Порядок контроля и приемки.

1.1. Исходные требования на комплект оборудования для приготовления торфонавозных смесей на фермах крупного рогатого скота.

2. Конструкторская документация на экспериментальный образец K0CII-4G.00.00.000.

3. Экспериментальный образец, изготовленный по конструкторской документации К0СП-40.00.00.000.5. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

4. Требования к уровню унификации и стадартизации55.1. Коэффициент применяемости не устанавливается

5. Эстетические и эргономические требования57.1. Комплект оборудования должен обеспечивать удобство в обслуживании и эксплуатации, внешняя его форма должна быть функционально оправдана. Эргономические требования должны соответствовать. ГОСТ 12.2.049.80.

6. Требования к патентной чистоте58.1. Конструкция машин, входящих в комплект оборудования, должна быть патентно чистой в отношении стран СНГ.58.2. Коэффициент патентной частоты 1,0. 58.3. Комплект оборудования должен быть конкурентоспособным.

7. Требования к составным частям изделия59.1. Детали транспортера навоза и смесителя должны быть износостойкими, крепление их должно исключать ежедневную подтяжку.

8. Требования к категории качества

9. I3.I. Комплект оборудования должен соответствовать лучшим отечественным образцам.б. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ (в ценах 1984 г.)

10. Годовой экономический эффект от.использования комплекта оборудования 8,5 тыс.руб., с учетом прибавки урожая - 21,3 тыс. рублей.

11. Лимитная цена комплекта оборудования 36,7 тыс.руб.

12. Затраты труда 0,056 чел.ч/т.64. Металлоемкость 0,52 кг/т.7. СТАДИИ И ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ

13. Разработка рабочей документации 12.93.

14. Изготовление опытных образцов 06.94.

15. Проведение предварительных испытаний 12.94.

16. Корректировка конструкторской документации по результатам предварительных испытаний 12.94.

17. Доработка опытного образца для проведения приемочных испытаний 06.95.

18. Проведение приемочных испытаний 11.95.

19. Требования к маркировке и упаковке511.1. Маркировка комплекта оборудования должна быть выполнена в соответствии с ГОСТ 26828-86 и ГОСТ 13192-77.