CC BY
0УДК 631.95
Шалавина Е. В., Васильев Э. В.
Shalavina E. V., Vasilev E. V.
АЛГОРИТМ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ВЫБОРЕ МАШИННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БИОКОНВЕРСИИ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА
DECISION MAKING ALGORITHM TO CHOOSE MACHINE TECHNOLOGIES OF LIVESTOCK WASTE BIOCONVERSION
Современные животноводческие комплексы оказывают существенное влияние на окружающую среду, при этом основным источником негативного воздействия являются отходы производства (образуемый навоз/помет).
Проведенный анализ результатов обследования сельскохозяйственных предприятий, статистической информации, отечественных и зарубежных литературных, нормативных и патентных материалов показал, что наилучшими технологиями переработки отходов животноводства являются технологии биоконверсии.
Целью проводимой работы является разработка порядка действий, позволяющих обосновывать и принимать решения при выборе технологий биоконверсии отходов животноводства с учетом критериев НДТ, приводящего к минимизации потерь биогенов на стадиях производственного цикла.
Для работы алгоритма принятия решений при выборе машинных технологий биоконверсии отходов животноводства выработаны критерии оценки: удельные капитальные и эксплуатационные затраты на сохранение питательных веществ, с учетом потерь на каждой стадии реализации различных машинных технологий биоконверсии отходов животноводства.
Представленный алгоритм предназначен для обоснования и снижения времени принятия решения экспертами о выборе технологий переработки, вариантов транспортировки, хранения и внесения на стадиях проектирования нового предприятия, реконструкции существующих, оценке действующих предприятий на соответствие НДТ.
Полученные результаты в перспективе будут использованы при обосновании выбора наилучших доступных технологий.
Основные результаты исследований использованы органами управления АПК при разработке мероприятий для Ленинградской и Калининградской областей, которые позволят снизить загрязнение водных ресурсов азотом и фосфором.
Ключевые слова: переработка навоза, экологическая безопасность, сельскохозяйственное предприятие, биоконверсия.
Modern livestock farms have a significant environmental impact; the main source of the negative effect is production waste (animal and poultry manure).
Agricultural enterprises were surveyed, statistical information, relevant national and foreign literature, standards and patents were examined. Analysis of investigation results showed that bioconversion technologies are the best ones for processing of livestock waste.
The aim of this work is to define the sequence of actions needed to make justified decisions, while choosing the best suited technologies for bioconversion of livestock waste with BAT criteria so that the biogen loss at different production cycle stages is minimized.
The following evaluation criteria were chosen for the decision making algorithm under consideration to work specific: capital and operating costs associated with nutrient preservation taking into account the losses on each realization stage of various machine technologies of livestock waste bioconversion.
The presented algorithm is used to justify and accelerate decision making by the experts who choose the processing technologies, ways for transportation, storage and application on different project stages of new by built enterprises, reconstruction stages of existing enterprises, and who evaluate the BAT compliance of operating enterprises.
In the future the obtained results will be used to justify the choice of best available technologies.
Primary investigation results were used by the governing bodies of Agroindustrial complex for development of measures for Leningrad and Kaliningrad Regions that should allow to decrease pollution of water resources with nitrogen and phosphorus.
Keywords: manure treatment, ecological security, farm, bioconversion.
Шалавина Екатерина Викторовна -
аспирант, младший научный сотрудник Государственное научное бюджетное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» г. Санкт-Петербург Тел: (812) 476-86-02 E-mail: nii@sznii.ru
Васильев Эдуард Вадимович -
аспирант, научный сотрудник
Государственное научное бюджетное учреждение
«Институт агроинженерных и экологических
проблем сельскохозяйственного производства»
г. Санкт-Петербург
Тел: (812) 476-86-02
E-mail: nii@sznii.ru
Shalavina Ekaterina Viktorovna -
junior researcher, post-graduate student
Federal State Budget Scientific Institution
"Institute for Engineering and Environmental Problems
in Agricultural Production" IEEP
St. Petersburg, Russia,
(812) 466-57-16
E-mail: nii@sznii.ru
Vasilev Eduard Vadimovich -
researcher, post-graduate student
Federal State Budget Scientific Institution
"Institute for Engineering and Environmental Problems
in Agricultural Production" IEEP
St. Petersburg, Russia,
(812) 466-57-16
E-mail: nii@sznii.ru
15
естник АПК
Ставрополья
№ 1(17), 2015
Рисунок 1 - Потери биогенов на стадиях производственного цикла биоконверсии отходов животноводства
Производственный цикл биоконверсии отходов состоит из технологических операций, которые по характеру воздействия на исходный материал условно разделены на пять стадий: транспортировка навоза /помёта/ органического удобрения [3]; переработка (биоконверсия) навоза /помёта/;
хранение навоза /помёта/ органического удобрения;
внесение органического удобрения в почву [4];
вспомогательные операции.
Целью проводимой работы является разработка порядка действий, позволяющих обосновывать и принимать решения при выборе технологий биоконверсии отходов животноводства с учетом критериев НДТ, приводящего к мини-
Экономика
367
Современные животноводческие комплексы оказывают существенное влияние на окружающую среду, при этом основным источником негативного воздействия являются отходы производства. Основными отходами животноводства, оказывающими негативное воздействие на окружающую среду, являются: образуемый навоз/помет; бойные отходы, павшие животные, абортированные и мертворожденные плоды (утилизируются в крематорах). В данной работе рассмотрены вопросы, связанные с отходами животноводства в виде навоза/помета, на основе которых может быть получен полезный продукт.
Проведенный анализ результатов обследования сельскохозяйственных предприятий, статистической информации, отечественных и зарубежных литературных, нормативных и патентных материалов показал, что наилучшими технологиями переработки отходов животноводства являются технологии биоконверсии [1, 2]. Проблемой технологий биоконверсии навоза/помета являются потери биогенов в процессе производственного цикла (рисунок 1).
мизации потерь биогенов на стадиях производственного цикла.
Для работы алгоритма принятия решений при выборе машинных технологий биоконверсии отходов животноводства выработаны критерии оценки: удельные капитальные и эксплуатационные затраты на сохранение питательных веществ, с учетом потерь на каждой стадии реализации различных машинных технологий биоконверсии отходов животноводства:
кр
+ гы+ 2Л)
К*ру =
i=1
МN - 1к6
к„.
Ер =
г=1
ММ - Ь»
где К
К
ор
-эру
капитальные затраты на сохранение питательных веществ, тыс. руб.; количество технологических операций во всём цикле биоконверсии, тыс. руб.;
затраты на сооружения, необходимые для 1-ой технологической операции, тыс. руб.;
затраты на оборудование, необходимые для 1-ой технологической операции, тыс. руб.; затраты на технические средства, необходимые для 1-ой технологической операции, тыс. руб.; начальная масса азота общего перед полным циклом биоконверсии (на начало первой технологической операции), кг;
эксплуатационные затраты на сохранение питательных веществ, тыс. руб./тонну;
эксплуатационные затраты для производства требуемой мощности для 1-ой технологической операции, тыс. руб./тонну; суммарные потери азота, кг/год.
Потери азота рассчитываются по формуле
к0
ь
N
г=1
Если имеются значения количества азота на входе Мм и на выходе 1-той операции Ммм, то суммарные потери азота рассчитываются следующим образом:
ь
N.
К0
г =1
г
М
Л
N „
М
N.
х М
1
368
В
Рисунок 2 - Алгоритм принятия решений при выборе машинных технологий биоконверсии отходов
животноводства
При использовании информации о массе ражение для потерь на 1-ой операции име-
перерабатываемого вещества (навоза) М1 и ет вид:
данных о содержании биогена на входе и вы- Ц _ м М м М
ходе 1-ой технологической операции Ы1 то вы- _ . М' - + 1 . М' + 1,
в
: № 1(17), 2015
Экономика
369
где Ы, - содержание (концентрация) биогена в веществе до 1-й стадии, г/кг;
Ы+ - содержание (концентрация) биогена в веществе после 1-й стадии; г/кг.
Для формализации выбора технологий биоконверсии отходов животноводства разработан алгоритм принятия решений (рисунок 2).
Для работы с алгоритмом и расчета удельных показателей обоснован перечень исходных данных, с целью их формализации и применимости разработана база данных содержащая 114 параметров.
Данные разделены на 3 группы:
• исходные параметры предприятия;
• нормативные параметры;
• расчетные параметры.
Алгоритм принятия решений при выборе машинных технологий биоконверсии отходов животноводства состоит из следующих основных блоков:
1. Расчет суточного выхода навоза/помета, оценка полученного значения.
2. 1 стадия (расчет удельных показателей и потерь биогенов при транспортировке навоза/помета от мест содержания животных/птицы к месту переработки).
3. 2 стадия (расчет удельных показателей и потерь биогенов при переработке навоза/ помета в органическое удобрение).
4. 3 стадия (расчет удельных показателей и потерь биогенов при хранении органического удобрения).
5. 4 стадия (расчет удельных показателей и потерь биогенов при транспортировке органического удобрения к месту реализации).
6. 5 стадия (расчет удельных показателей при внесении органического удобрения).
7. Расчет удельных капитальных затрат УДК.
8. Расчет удельных эксплуатационных затрат УДЭ.
9. Оценка и сравнение экономических показателей.
10. Расчет потерь биогенов Ь
11. Оценка и сравнение экологических показателей.
12. Расчет критериев НДТ.
13. Оценка и сравнение критериев НДТ
После расчета удельных экономических и
экологических показателей на каждой из стадий, рассчитываются суммарные удельные экономические показатели (удельные капитальные и удельные эксплуатационные затраты). Оцениваются их численные значения. В случае применимости данных показателей для выбранной технологии, производится расчет удельных экологических показателей (суммарных потерь биогенов). В случае неприменимости полученных экономических показателей для выбранной технологии, производится заново расчет показателей для другой выбранной технологии.
После расчета удельных экологических показателей, оцениваются их численные значения. В случае применимости данных показателей для выбранной технологии, производится расчет критериев НДТ (удельные капитальные и эксплуатационные затраты на сохранение питательных веществ). В случае неприменимости полученных экологических показателей для выбранной технологии, производится заново расчет показателей для другой выбранной технологии.
После оценки и сравнения критериев НДТ алгоритм считается завершенным.
Представленный алгоритм предназначен для обоснования и снижения времени принятия решения экспертами о выборе технологий переработки, вариантов транспортировки, хранения и внесения на стадиях проектирования нового предприятия, реконструкции существующих, оценке действующих предприятий на соответствие НДТ [5, 6].
Полученные результаты в перспективе будут использованы при обосновании выбора наилучших доступных технологий.
Основные результаты исследований использованы органами управления АПК при разработке мероприятий для Ленинградской и Калининградской областей по выполнению плана действий защиты Балтийского моря в рамках Хельсинкской конвенции, которые позволят снизить загрязнение водных ресурсов азотом и фосфором.
Литература:
1. Брюханов А. Ю., Субботин И. А. Выбор технологии и технических средств для переработки навоза и помёта на основе критериев наилучших доступных технологий // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2013. № 84. С. 152-158.
2. Уваров Р. А., Слободянюк П. А. Анализ интенсивных технологий переработки навоза, помета // Перспективы инновационного развития агропромышленного комплекса и сельских территорий : материалы Междунар. конгресса. СПб., 2014. С. 52-53.
References:
1. Bryukhanov A. Y., Subbotin I. A. Selection of technology and technical means for manure and poultry droppings treatment based on best available technology criteria // Technologies and technical means of power-driven crop and livestock production. 2013. № 84. P. 152-158.
2. Uvarov R. A., Slobodyanyuk P. A. Analysis of intensive technologies for manure and poultry droppings processing // Prospects of innovational development of agroindustrial complex and rural territories : materials from the International Congress. 2014. P 52-53.
3. Bryukhanov A. Y., Shalavina E. V., Vasilev E. V. Aggregated evaluation methods for daily
3. Брюханов А. Ю., Шалавина Е. В., Васильев Э. В. Методика укрупненной оценки суточного и годового выхода навоза/помета // Молочнохозяйственный вестник. 2014. № 1 (13). С. 78-85.
4. Васильев Э. В. Определение коэффициента экологической безопасности процесса транспортировки и внесения жидкого органического удобрения в условияхсеверозападного региона РФ // Вестник Всероссийского науч но-иссл едовател ьского института механизации животноводства. 2014. № 3(15). С. 177-179.
5. Макконнелл Д. Анализ алгоритмов. Активный обучающий подход. М. : Техносфера, 2009. 416 с.
6. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. М. : ДМК Пресс, 2010. 274 с.
and annual output of manure and poultry droppings // Diary industry bulletin. 2014. № 1 (13). P. 78-85.
4. Vasilev E. V. Determining ecological safety coefficient for transportation and application processes of liquid organic fertilizers under the conditions of Russian North-Western region // Bulletin of the All-Russian scientific research institute of livestock farming mechanization. 2014. № 3 (15). P. 177-179.
5. Mcconnell J. The analysis of algorithms: an active learning approach. M. : Tekhnosfera, 2009. 416 p.
6. Wirth N. Algorithms and Data Structures. M. : DMK Press, 2010. 274 p.
