CC BY
104
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
6. Нагирный Ю.П. Детерминированные модели принятия решений / Ю.П. Нагирный // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2000. - №4. - С. 10-13.
УДК 631.95
А.Ю. БРЮХАНОВ, канд. техн. наук; И.А. СУББОТИН
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА И ПОМЁТА НА ОСНОВЕ КРИТЕРИЕВ НАИЛУЧШИХ ДОСТУПНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Предложен способ выбора технологии переработки навоза на основе критериев наилучших доступных технологий (НДТ). Для реализации данного подхода предлагается методика оценки и сравнения технологий.
Ключевые слова: выбор технологии, переработка навоза, наилучшие доступные технологии
A.YU. BRIUKHANOV, CAND SC (ENG); I.A. SUBBOTIN
CHOICE OF TECHNOLOGY AND DEVICES FOR MANURE PROCESSING WITH BAT CRITERIA
An approach to select a manure processing technology is described based on the criteria of best available technology (BAT). Methods of estimation and comparison of technologies are offered to realize this approach.
Keywords: choice of technology, manure processing, best available technology
ВВЕДЕНИЕ
Проведённый анализ статистических данных и натурные исследования показали наличие проблем с утилизацией навоза/помёта в Северо-Западном регионе. Значительная часть (более 50% от образовавшегося) навоза и помёта не вносится в почву, а хранится и не используется. [1]
В экологическом аспекте эта ситуация негативна по двум причинам. Во-первых, большие объёмы неиспользованного наво-
152
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2013. Вып. 84.
за/помёта, сосредоточенные локально, увеличивают экологические риски. Во-вторых, наиболее распространённые в регионе подзолистые почвы, бедные питательными веществами, необходимыми для растений, недополучают их.
Для решения данной проблемы предлагается внедрение в хозяйствах технологий утилизации навоза/помёта, выбранных на основе критериев наилучших доступных технологий (НДТ). Наилучшая доступная технология - технологический процесс, технический метод, основанный на современных достижениях науки и техники, направленный на снижение негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду и имеющий установленный срок практического применения с учетом экономических, технических, экологических и социальных факторов [2]. В настоящее время в Российской Федерации только осуществляется разработка нормативно-правовой базы для перехода на нормирование негативного воздействия на окружающую среду в соответствии с подходом НДТ, однако вступление России в ВТО в ближайшее время потребует от предприятий приведения технологии производства и продукции к международным экологическим стандартам. В Европейском союзе, где возникла данная концепция оценки воздействия на окружающую среду, впервые понятие НДТ появилось в 1996 году и к настоящему моменту разработан и утверждён ряд отраслевых справочников НДТ (Best Avaliable Techniques REFerences — BREF). Некоторые справочники переводятся или переведены на русский язык, но они не имеют юридической силы и не всегда соответствуют российским климатическим и иным условиям. В условиях отсутствия актуальных для России справочников НДТ возникает вопрос определения НДТ, однако в действующем стандарте ГОСТ Р 54097-2010 [2] процесс определения НДТ описан лишь как общий порядок действий без детализации и учёта специфики конкретной промышленной отрасли. Это означает, что в каждой отрасли специалисты должны самостоятельно определять конкретный перечень критериев оценки и их значимость.
Таким образом, сегодня в России не существует ни справочника по НДТ утилизации навоза, ни методики выбора технологии, оптимально подходящей для конкретного хозяйства. Между тем, ситуация с утилизацией навоза в СЗФО наглядно показывает острую потребность в методических и справочных материалах по данному вопросу.
153
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
МЕТОДЫ
Для оценки текущей ситуации были проведены натурные исследования сельхозпредприятий и исследование официальных данных методами статистического анализа. Также был произведён анализ отечественных и зарубежных литературных и нормативных материалов.
Для разработки инструмента определения НДТ был выбран метод имитационного моделирования.
На основе модели данных была создана база данных, куда были собраны данные о существующих и перспективных технологиях, и программа оценки технологии. При разработке структуры базы данных использовался метод нисходящего проектирования. Для разработки программы расчёта технико-экономических и экологических показателей технологий для конкретных хозяйств и определения НДТ используется методология Scrum.
Разработка методики выбора НДТ была начата с анализа параметров хозяйства и технологий. На первом этапе был разработан обобщённый перечень критериев оценки технологии, в котором были перечислены все параметры технологий, влияющие на окружающую среду, расход ресурсов и экономические показатели. Также на первом этапе была разработана модель данных, куда кроме параметров технологий вошли также и параметры хозяйств, от которых также зависит выбор НДТ. На втором этапе обобщённый перечень критериев был конкретизирован с учётом области применения и спецификой технологий. На третьем этапе следует определить значимость и приоритетность каждого критерия, в данном процессе были использованы методы экспертных оценок. Также следует учитывать, что многие технологии имеют несколько модификаций и для эффективной оценки критериев её необходимо производить на уровне операций.
Для оптимизации по параметру суммарного негативного воздействия используется симплекс-метод.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Разработана модель данных, на её основе база данных и программа оценки технологий.
Была сформирована база данных и программа оценки применимости технологии для конкретных хозяйств. Для базы данных были отобраны и формализованы технологии с положительным опытом использования в промышленном масштабе, а также был произведён по-
154
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2013. Вып. 84.
иск и анализ новейших технологий, которые в перспективе могут быть применены в условиях Северо-Запада России. Был разработан алгоритм, определяющий возможность применения технологии для конкретного хозяйства, который учитывает вид содержащихся животных, влажность экскрементов, размер существующих сельскохозяйственных угодий, куда возможно внесение органических удобренеий. Был определён обобщённый перечень критериев оценки технологий животноводства и перечень критериев определения НДТ утилизации на-воза/помёта для Северо-Запада России.
Полученный перечень критериев является множеством, обозначим его как K = {ki,k2...kn}, где n — размер множества (количество критериев).
В этом случае значение критерия для технологии будет равно сумме значений этого параметра для всех операций, входящих в технологию
т.
*,= ! к°р>, (1)
/=1
где kopij — значение критерия для операции, а mi — количество операций в технологии.
Значимость критерия конкретной технологии выражается формулой
Z(kj) = kj Wj (2)
где ki — значение одного из параметров, а wi - весовой коэффициент, определяющий степень негативного воздействия на окружающую среду. Полученное значение Z(ki) позволяет привести критерии, измеряемые различными единицами измерения к единым универсальным единицам измерения, что позволяет вести сравнение технологий по суммам значений параметров.
Сумма негативных воздействий Snv - сумма значений Z(ki) понимается как совокупный уровень негативного воздействия технологии на окружающую среду и рассматривается при выборе НДТ с целью минимизации данного воздействия:
155
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
(3)
ле
С учётом формул (1) и (2) это равнозначно следующей форму-
п т.
Z tk°P:/wiii> (4)
1=1 /=1
Тогда процесс выбора НДТ является оптимизацией по параметру Snv c целью его минимизации. В случае, если у нескольких технологий получены одинаковые суммы, либо суммы, различающиеся незначительно, то среди них необходимо в соответствии с приоритетностями параметров последовательно производить сравнение по отдельным параметров, начиная с наиболее значимых параметров отсеивая технологии у которых значения не максимальны до тех пор, пока не останется одна технология.
Для удобства сравнения технологий вводится понятие относительного суммарного воздействия технологии (Snvo), которое принимает значения от 0 до 100, где Snvo = 0 — идеальная ситуация, при которой негативные воздействия отсутствуют, а Snvo =100 — наихудшая ситуация, при которой сумма негативных воздействий максимальна, т. е.
S„v100
где Smax - максимальное значение Snv (суммарный показатель по наихудшей технологии).
Рассмотрим процесс оценки технологий на примере хозяйства с размером общего поголовья КРС 1700 голов (1000 коров), расположенного в Ленинградской области. На основании собранных данных (объём образующегося навоза, его влажность, площадь доступных сельскохозяйственных земель для внесения органических удобрений и др.) были выбраны для сравнения две технологии.
156
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2013. Вып. 84.
1. Технология компостирования навоза в буртах.
2. Технология разделения навоза на фракции с последующим внесением обеих фракций в почву.
Полученные экономические и экологические показатели для данных технологий приведены в таблице.
Некоторые показатели сравниваемых технологий
Показатели Компостирование в буртах Разделение на фракции
Капитальные вложения, млн руб. 50,6 76,7
Эксплуатационные расходы, млн руб. 12,1 7,7
Удельные эксплуатационные затраты (без учета кап. затрат), руб. на тонну навоза 291 150
Потери N, % 32 23
Относительное воздействие на окружающую среду (Snvo), % от Smax 52 47
Из приведённых значений видно, что негативное воздействие на окружающую среду меньше в случае разделения навоза на фракции и, поскольку методология определения НДТ подразумевает рассмотрение технологий с точки зрения наивысшего уровня охраны окружающей среды, то в данном случае следует выбрать технологию разделения навоза на фракции.
Заметим также, что в приведённом примере рассмотрены лишь две технологии, тогда как на практике для получения более объективных и точных результатов желательно рассматривать конкретные реализации технологий и соответствующие показатели негативного воздействия на окружающую среду (зависящие от конкретного оборудования) и в этом случае количество рассматриваемых вариантов значительно увеличивается.
В настоящий момент в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакаде-мии ведется работа над процессом формализации методики определения НДТ в алгоритм, после чего она будет реализована в компьютерной программе.
С базой данных технологий и технических средств, которая будет использована в программе, можно ознакомиться в Интернете по адресу http://eco.sznii.ru .
157
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
ВЫВОДЫ
1. Ситуация с утилизацией навоза/помёта показывает острую потребность в методике определения НДТ.
2. Для более полной оценки воздействия технологии на окружающую среду необходимо учитывать все возникающие воздействия и оценивать их суммарное влияние, при этом необходимо рассматривать возникающие воздействия на уровне операций, а не технологий и с учётом конкретного оборудования.
3. Опыт использования информационной системы в ряде инженерных проектов подтвердил её высокую эффективность. Дальнейшая работа предусматривает совершенствование подсистемы оптимизации, позволяющей производить выбор технологий с учетом критериев наилучших доступных технологий и с возможностью рассматривать возникающие негативное воздействия на уровне операций и с учётом конкретного оборудования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Афанасьев В.Н., Волков А.Н., Брюханов А.Ю. Концепция повышения экологической безопасности технологий и технических средств для агропромышленных (животноводческих) предприятий Ленинградской области / В.Н. Афанасьев, А.Н. Волков, А.Ю. Брюханов // Материалы 7-й международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственные технологии: Агроинженерные решения». - СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2011. - Т. 3. -
С. 8-14. - ISBN 978-5-88890-071-0.
2. ГОСТ Р 54097-2010. Ресурсосбережение. Наилучшие доступные технологии. Методология идентификации / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. - Введ. 2012-01-01.- М.: Стандартинформ, 2011. - VI, 13 с.
3. Грешилов А. А. Математические методы принятия решений / А.А. Грешилов. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 584 с. -ISBN 5-7038-2893-7
4. Directive 2008/1/EC of the European Parliament and of the
Council of 15 January 2008 concerning integrated pollution prevention and control // URL: http://eur-
lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2008:024:0008:01:EN: HTML
158
