CC BY
62
УДК 661.15
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛУЖИДКОГО НАВОЗА В ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ
© 2010 г. А.М. Бондаренко, М.А. Мирошников, В.В. Мирошникова
На основе системного анализа представлена технологическая схема процесса переработки полужидкого навоза, приведено математическое описание исследуемого процесса и определена необходимость разработки погрузчика полужидкого навоза.
Ключевые слова: технологическая схема переработки полужидкого навоза, высококачественные органические удобрения, процесс, системный анализ.
On basis of system analysis the authors presented manufacturing scheme of semi fluid manure processing, we’ve also given mathematical formulation of the process under consideration and determined the necessity of designing of semi fluid manure loader.
Key words: manufacturing scheme of semi fluid manure processing, fine organic fertilizer, process, system analysis.
Урожайность сельскохозяйственных культур зависит от плодородия почвы, характеризуемого содержанием в ней органического вещества и его основной составляющей - гумуса. В соответствии с Федеральной целевой государственной программой «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 годы и на период до 2012 года» предусматривается выделение средств на защиту почв от водной и ветровой эрозии, предотвращение выбытия из сельскохозяйственного оборота сельскохозяйственных угодий и др.
Ресурсное обеспечение поддержания почвенного плодородия за счёт привлечения софинансирования из бюджетов субъектов РФ и местных бюджетов в 2009 году составило: по РФ - 90,6%, по Южному федеральному округу - 68,8%, что оказалось самым низким из всех субъектов Российской Федерации [1].
Решающее влияние на повышение плодородия почвы оказывают органические удобрения, среднее содержание N P, K в которых составляет, соответственно:
0,62; 0,34 и 0,64%. Основой органических удобрений является навоз от животноводческих предприятий.
После 1990 года по ряду причин пошло резкое снижение поголовья скота в Российской Федерации. Относительное выравнивание динамики поголовья скота в хозяйствах всех категорий началось с 2005 года. Поголовье крупного рогатого скота в 2005 году в РФ составило 21,6 млн голов (в том числе коровы - 9,5 млн голов), а в 2009 году - 20,7 млн голов (в том числе коровы - 9,0 млн голов). Поголовье свиней в 2005 году составило 13,8 млн голов, в 2009 году - 17,3 млн голов. В Ростовской области произошло снижение поголовья животных (2009 год к 2008 году): КРС -до 5%, коров - до 5%, свиней - свыше 10% [1].
На указанных животноводческих предприятиях, в зависимости от технологий содержания животных, производятся жидкий, полужидкий и подстилочный навоз. Анализ результатов паспортизации животноводческих предприятий Южного федерального округа показал, что основными объектами производства полужидкого навоза являются предприятия крупного рогатого скота и свиноводческие. Выход полужидкого навоза (влажностью 86-92%) составляет 30% от общего выхода навоза [2].
Полужидкий навоз, являясь ценным источником питательных элементов (К, P,
К), по своим физико-механическим свойствам значительно отличается от традиционных подстилочного и жидкого навоза. С одной стороны, использование полужидкого навоза сдерживается отсутствием высокопроизводительных и надежных машин для его погрузки, транспортировки и внесения на поля.
С другой стороны, вынужденное накопление больших объемов полужидкого навоза в навозохранилищах различного типа (как правило, не оборудованных согласно требованиям), являются основным источником загрязнения окружающей среды [2].
Цель данной работы - исследование процесса переработки полужидкого навоза путём разработки инновационной технологии производства из него высококачественных органических удобрений.
В задачи исследования входили анализ систем производства и использования органических удобрений, математическая модель производства и использования органических удобрений на основе полужидкого навоза.
Рассматривая производство сельскохозяйственной продукции как систему обеспечения безопасности России, выделим одну из важнейших её составляющих -подсистему производства и использования органических удобрений (рис. 1).
Подсистема включает блоки производства органических удобрений и их использования. Процесс функционирования указателей подсистемы и входящих в неё блоков складывается из двух частей: собственно технологического процесса и процесса технологического и организационного управления.
Рис. 1. Подсистема производства и использования органических удобрений
На основе представленной подсистемы была разработана структурная схема подсистемы «Навоз - органическое удобрение - поле - дополнительный урожай» [2, 3], из которой выделили схему техноло-
гического процесса производства и использования полужидких органических удобрений (рис. 2).
Согласно представленной схеме, полужидкий навоз (ПН) от фермы подается
на навозохранилище, где он накапливается и хранится. Существует два варианта использования ПН. По первому варианту, после обеззараживания навоз трансформиру-
ется в полужидкое органическое удобрение (ПОУ), которое перемешивают и грузят в транспортно-технологическую машину (ТММ 1), транспортируют и вносят на поле.
ПОЛу*1(ЛЖЯЙ нлао от ферми
Накопление и чряиеиж> паду аемдаого пиоза
ИИ
Обепаражими не
Хдокшае Грапспоргарама
полу жил шх Іімфуїаа ІЮУ л внесение
Эфглпмчесмп в ІТМ 1 ІИМІІГ
удсЛчітЛ
1- Т 1 Іфе*ешиааіміг
Нигруш гкшужщдкосо меюіа 1 рШКГОрТИрОМШК иа плоодиу КОМЭОСПфОШПНи
Т риигооргмром-N1« 4« ямесемме ИЛ гимс ПоірУМЬ* «ІіМІижМ* ■ ТТМ 2
Паиама МУ І I Исоича ссномы
Г
П.«іншл*н
щмлппгтлрсииин*
Хранение а© млості
1Іеребургоап
Рис. 2. Схема технологического процесса производства и использования полужидких органических удобрений
Рис. 3. Блок-схема процесса переработки и использования полужидкого навоза
По второму варианту ПН перемешивается и выгружается в ТТМ 1, которая транспортирует его на площадку компостирования, где по известной технологии [2, 3] готовят компост с заданными физи-
ко-химическими показателями с добавлением соломы и минеральных удобрений (МУ). После биотермического обеззараживания компост грузится в ТТМ 2, которой транспортируется и вносится на поле.
В указанной технологии сдерживающим фактором использования ПОУ является отсутствие погрузчика полужидкого навоза с научно обоснованными режимными и конструктивными параметрами рабочих органов, учитывающими физико-механические свойства полужидкого навоза.
На основе анализа проведенных ранее исследований и системного подхода разработаны блок-схема переработки полужидкого навоза в ПОУ (рис. 3) и на её основе составлена математическая модель рассматриваемого процесса. Из анализа схемы (рис. 3) вытекают следующие расчётные зависимости.
Транспортировку полужидкого навоза в навозохранилище можно осуществлять по двум вариантам: накопление навоза в приемном резервуаре, его погрузка в
транспортную машину и доставка в навозохранилище; навоз насосами подается непосредственно в навозохранилище.
Тогда количество подаваемого навоза по двум вариантам можно представить в следующем виде:
П
П1ХШ1 - ХПН = 0 ; (1)
!-1
Х 0 П2Х П2i - Х П2i - 0
(2)
]-1
где 0П1, 0П2 - сменная производительность у-й машины на п-й операции, м3/см;
Хин, Хин - количество навоза, подаваемого в навозохранилище, м3.
Распределение объемов навоза на компостирование и внесение представим выражением
210ХXШ1 - XПК - Хпвв - Хпов - 0, 1-1 к
(3)
где ХПк - количество навоза, потребного
для производства компостов, м3;
ХПвв; ХПов - количество навоза вносимого в почву, соответственно, весной и осенью, м3.
П1
Выгрузка полужидкого навоза из навозохранилища для производства компо-стов по месяцам
V1 \ X0П1,.ХПи., - Xш /3 - 0^ , 1={1,2,12},
и-1
(4)
где - производительность погрузчика
полужидкого навоза на 1-й операции в г-м перемещении, м3/ч.
Выгрузку полужидкого навоза из хранилища для весеннего и осеннего внесения в почву представим выражениями П1
- 0; (5)
При производстве компостов распределение соломы на площадке компостирования можно представить выражениями
V1
а.
X X П - х
I П5к1'8
сол рк'5
- 0!. (9)
8-1
Х0П X- - X,,
^ 1 3!' П1 3|' П1 вв
^ {X Рп„Хп,„ - X,
сол рк'5
о!
(10)
]'-1
П1
Х0
!'-1
п хп - X,,
П1 3!' П1 3!' П1 ов
- 0. (6)
Внесение ПОУ весной и осенью можно представить формулами
- X П,„ - 0 ; (7)
!'-1 и,
П3 !' ^П3 !'4 "П3 вв
где Хсол - доля потери массы соломы на площадке.
Распределение минеральных удобрений можно представить формулой
^ |Х0пХ„„ -«муХп,. - ок (11)
1=1
X 0 П,х.
!'-1
X,
- 0
(8)
где аМУ - доля потерь минеральных удобрений.
П
Или, учитывая, что удобрения предварительно перемешиваются с полужидким наво-
зом, получим
Г П6+П4
VI l^Q
Представленные зависимости являются основой для математического моделирования процессов производства ПОУ и их использования в растениеводстве.
Следовательно, разработанный системный подход и на его основе системный анализ производства и использования органических удобрений на основе полужидкого навоза, позволил разработать схему
(П6+П4))'Х(П6+П4>)'1 аМУХ(П6+П4)1 0
технологического процесса производства и использования полужидких органических удобрений, блок-схему рассматриваемого процесса и его математическую модель. Для реализации данной технологии необходимо провести исследования технологических параметров погрузчика с учётом физико-механических свойств полужидкого навоза.
(12)
Литература
1. Национальный доклад «О ходе и результатах реализации в 2009 году государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы». - Москва: ФГНУ «Росинформагротех», 2010. - 183 с.
2. Бондаренко, А.М. Механико-технологические основы процессов производства и использования высококачественных органических удобрений: монография / А.М. Бондаренко. - Зерноград: тип. Россельхозакадемии. - 2001. - 290 с.
3. Бондаренко, А.М. Механизация процессов переработки навоза животноводческих предприятий в высококачественные органические удобрения: монография / А.М. Бондаренко, В.П. Забродин, В.Н. Курочкин. - Зерноград: РИО ФГОУ ВПО АЧГАА, 2010. - 184 с.
Сведения об авторах
Бондаренко Анатолий Михайлович - д-р технических наук, профессор, проректор по научной работе Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел. 8(86359) 41-1-61.
Мирошников Михаил Александрович - инженер по информационному обеспечению научно-исследовательской части Азово-Черноморской государственной агроинженер-ной академии (г. Зерноград). Тел. 8(86359) 43-8-97.
Мирошникова Валентина Викторовна - начальник научно-исследовательской части Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).
Тел. 8(86359) 43-8-97.
Information about the authors
Bondarenko Anatoliy Mikhailovich - Doctor of Technical Sciences, professor, prorector of research work, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd).
Phone: 8(86359) 41-1-61.
Miroshnikov Mikhail Alexandrovich - data ware engineer, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359) 43-8-97.
Miroshnikova Valentina Viktorovna - head of research and development department, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359) 43-8-97.
