CC BY
37
https://www.bigdutchman.ru/ru/svinovodstvo/ka talog/detail/culinacup-culinaflex-pro (accessed 21.02.2019) (In Russian)
6. Katalog produkcii Schauer [Product Catalog of Schauer] Available at: https://www.schauer.ru/svinovodstvo/kormlenie -svinei/sistema-babyfeed/ (accessed 21.02.2019) (In Russian)
7. Katalog produkcii MS Schippers [Product Catalog of MS Schippers]. Available at: www.msschippers.com (accessed 21.02.2019) (In Russian)
8. Plaksin I.E., Trifanov A.V. Ustrojstvo dlya vypaivaniya porosyat-sosunov [Piglets
weaner]. Patent on utility model of the Russian Federation No. 160693. 2015 (In Russian)
9. Subbotin V.V. Zheludochno-kishechnye bolezni porosyat s simptomokompleksom diarei: prichiny, profilaktika i terapiya [Gastrointestinal diseases of piglets with diarrhea symptoms: causes, prevention and therapy]. Veterinariya i kormlenie. 2005. No. 3: 12-13. (In Russian)
10. Momot L. N., Kozmenko V.V., Pavlichenko E.V., Nalivajskaya N.N. Vliyanie tekhnologicheskogo stressa na produktivnost' i adaptaciyu porosyat-ot"emyshej [Effect of technological stress on productivity and adaptation of weaned piglets]. Svinoferma. 2007. No. 3: 58. (In Russian)
УДК 636.2 Б01 10.24411/0131-5226-2019-10177
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА БИОФЕРМЕНТАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ СВИНОВОДЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ СУШКОЙ И ГРАНУЛЯЦИЕЙ
Е.В. Шалавина, канд. техн. наук; Э.В. Васильев, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Технология биоферментации органических отходов свиноводческого комплекса с последующей сушкой и грануляцией была апробирована на лабораторном оборудовании ИАЭП - филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. В качестве исходных компонентов были использованы 3 вида органических отходов свиноводческого комплекса, расположенного в Северо-Западном федеральном округе: два вида твердой фракции свиного навоза после разных сепарирующих устройств и отходы механической очистки зерна. В результате переработки органических отходов в гранулированное органическое удобрение влажность снизилась в 4,7 раза (с 66% до 14%), масса уменьшилась в 1,7 раза (с 1287 кг до 747 кг); содержание общего азота в удобрении увеличилось в 1,9 раза (с 6125 мг/кг до 11680 мг/кг); содержание общего фосфора в удобрении увеличилось в 3 раза (с 2968 мг/кг до 9066 мг/кг). В зависимости от применяемого промышленного оборудования стоимость получения 1 тонны гранулированного удобрения (биоферментация, сушка, грануляция) составит от 9700 до 15500 рублей, а затраты на переработку 1 тонны исходного сырья составят около 4000 рублей.
Ключевые слова: свиной навоз, твердая фракция, биоферментация, грануляция, экономическая целесообразность.
Для цитирования: Шалавина Е.В., Васильев Э.В. Исследование процесса биоферментации органических отходов свиноводческого комплекса с последующей сушкой и грануляцией //
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
_растениеводства и животноводства_
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 2(99). С.310-317.
STUDY OF BIO-FERMENTATION OF ORGANIC WASTE FROM THE PIG COMPLEX WITH
SUBSEQUENT DRYING AND GRANULATION
E.V. Shalavina, Cand. Sc. (Engineering); E.V. Vasilev, Cand. Sc. (Engineering)
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production - IEEP - branch of FSAC VIM), Saint Petersburg, Russia
The technology of bio-fermentation of organic waste from the pig complex with subsequent drying and granulation was practically evaluated on the laboratory equipment in IEEP - branch of FSAC VIM. The initial material was the mixture of three types of organic waste from the pig-breeding complex located in the North-West Federal District: two types of the solid fraction of pig manure, produced on different separating installations, and the mechanical grain cleaning waste. The processing of the initial material into a granular organic fertilizer resulted in 4.7 times lower moisture content of the fertilizer (14% vs 66%) and 1.7 times lower mass (747 kg vs 1287 kg). At the same time, the total nitrogen content in the fertiliser increased 1.9 times (from 6125 mg / kg to 11680 mg / kg) and the total phosphorus content in the fertiliser increased 3 times (from 2968 mg / kg to 9066 mg / kg). Depending upon the applied commercial equipment the production cost of 1 ton of the granulated fertiliser (bio-fermentation, drying, granulation) may vary from 9700 to 15500 roubles, while the processing cost of 1 ton of the raw materials may be about 4000 roubles.
Key words: pig manure, solid fraction, bio-fermentation, granulation, economic feasibility.
For citation: Shalavina E.V., Vasilev E.V. Study of bio-fermentation of organic waste from the pig complex with subsequent drying and granulation. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstvaprodukcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. 2(99): 310-317 (In Russian).
Введение
Интенсификация свиноводства приводит к увеличению массы образуемого свиного навоза, требующей переработки в органическое удобрение и соответствие ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия» [1]. Наиболее распространенной технологией переработки свиного навоза в органическое удобрение является разделение его на твердую и жидкую фракцию с последующим пассивным компостированием твердой фракции и длительным выдерживанием жидкой фракции.
Время выдерживания твердой фракции свиного навоза в буртах при достижении температуры 50-60°С во всех частях бурта в
течение первых 10 суток после складирования должно быть не менее 2 месяцев в теплый период года и не менее 3 месяцев в холодный период года в соответствии с руководящими документами по обращению с навозом [2, 3]. Метод пассивного компостирования обеспечивает получение органического удобрения, невысокого товарного качества. Технология переработки твердой фракции свиного навоза в биоферментаторе барабанного типа обеспечивает получение за 3-5 дней органического удобрения, соответствующего ГОСТ Р 53117-2008, высокого товарного качества.
Следует также учитывать, что после переработки твердой фракции свиного навоза методом пассивного
компостирования образуется твердое органическое удобрения влажностью 6585%, которое вносится на земельные угодья сельскохозяйственного назначения
машинами для разбрасывания твердого органического удобрения. Технология биоферментации в установке барабанного типа позволяет получать уже подсушенное твердое органическое удобрение (влажность 55-60%) с возможностью последующей его грануляцией, что облегчает коммерческую реализацию органического удобрения [4-7]. Также в результате сушки и грануляции получается органическое удобрение с большой концентрацией питательных веществ в небольшом объеме.
Целью данной работы является апробация технологической линии биоферментации с последующей сушкой и грануляцией с получением
гранулированного удобрения,
соответствующего ГОСТ Р 53117-2008 и расчет удельных капитальных и эксплуатационных затрат на получение данного удобрения. Материал и методы
Для проведения экспериментальных исследований используется технологическая линия по производству гранулированного органического удобрения на основе органических отходов свиноводческого комплекса. В составе технологической линии входит имеющееся в лаборатории биоконверсии органических отходов ИАЭП оборудование: биоферментатор барабанного типа, сушилка и гранулятор (рис. 1). Биоферментатора барабанного типа, сушилка и гранулятор работают в соответствии с обоснованными ранее режимами.
Рис. 1. Схема лабораторной установки
Смесь органических отходов
свиноводческого комплекса загружается в биоферментатор барабанного типа, в котором происходит ее обеззараживание и получение органического удобрения. Процесс биоферментации длится 5 суток. Готовое органическое удобрение (россыпью) подается на сушилку, в которой осуществляется доведение органического удобрения до требуемой влажности. Подсушенное органическое удобрение подается на гранулятор [8].
Расчет экономических издержек осуществляется в соответствии с представленными формулами 1 -5. Капитальные затраты на оборудование и строительную часть рассчитываются следующим образом:
- Стоимость оборудования, 1об , тыс. руб.
¿об=Е^об1 *п , (1)
где 2обл - стоимость 1-ого наименования оборудования, тыс. руб.; п- количество /-го оборудования, шт.;
- Стоимость строительной части 2стр, тыс. руб.;
^стр 2 ^стрг * пг , (2)
где 2стрг - стоимость г-го наименования
строительной части, тыс. руб.;
пг - количество г-го оборудования, шт.
- Удельные капитальные затраты УДК, тыс.руб/т определяются по формуле:
¿об+^стр
УДК =
Q-365
(3)
Технологии и технические средства механизированного производства продукции _растениеводства и животноводства_
где Q - масса полученного органического удобрения за сутки, т.
Расчет стоимости требуемого оборудования осуществляется, исходя из требуемого количества данного
оборудования, и рассчитывается по формуле: , (4)
где Ор - объем работ за год, т.; В1 - производительность 1-го оборудования за 1 час, т. ;
См - продолжительность рабочей смены, ч.; Дн - количество дней в году, которое работает 1-е оборудование, сут.
Эксплуатационные затраты
определяются как сумма затрат на амортизацию ЪА, затрат на ТР и ТО 2Т, заработной платы обслуживающему персоналу 23, затрат на электроэнергию 2Э, затрат на топливо 2ТП, затрат на покупку расходных материалов 2рм (при необходимости).
Удельные эксплуатационные затраты УДЭ, тыс. руб. определяются по формуле:
_ ^-365 (5)
Результаты и обсуждение
Для апробации технологической линии использованы органические отходы свиноводческого комплекса,
расположенного в СЗФО. В процессе деятельности свиноводческого комплекса образуется 2 вида твердой фракции навоза, получаемые на разных стадиях переработки свиного навоза в органическое удобрение с различными типами сепарирующих устройств: твердая фракция навоза после блока AGM сепарации и твердая фракция навоза после декантерных центрифуг (рис. 2)
Рис. 2. Органические отходы свиноводческого комплекса (слева направо: твердая фракция свиного навоза после блока AGM сепарации, твердая фракция свиного навоза после декантерных центрифуг, отходы от механической чистки зерна)
Для получения исходного сырья, загружаемого в биоферментатор барабанного типа, используются все 3 органических компонента. Отходы от механической чистки зерна используются как абсорбент, позволяющий снизить влажность смеси без добавления специальных покупных влагопоглощающих материалов (таблица 1).
Таблица 1
Характеристики исходной смеси
Наименование Значение
Масса, кг 1287
Влажность, % 66
рН 8,8
Зольность, % 10,6
Общий азот, мг/кг 6125
Общий фосфор, мг/кг 2968
Внешний вид биоферментатора барабанного типа, в который загружена смесь исходных компонентов, представлен на рисунке 3. Длительность процесса биоферментации составила 5 суток. Режим работы биоферментационной установки: периодичность аэрации - 5 мин/час; скорость подачи воздуха в биоферментатор -10 м/с; интервал вращения барабана - 12 ч.
Рис. 3.Внешний вид биоферментатора барабанного типа
Готовое органическое удобрение из биоферментатора барабанного типа было загружено в сушилку, после чего подано в гранулятор. Характеристики готового гранулированного удобрения представлены в
таблице 2, внешний вид удобрения представлен на рисунке 4.
Таблица 2
Характеристики гранулированного удобрения
Наименование Значение
Масса, кг 747
Влажность, % 14
Зольность, % 15,5
Общий азот, мг/кг 11680
Общий фосфор, мг/кг 9066
Рис. 4. Гранулированное органическое удобрение
Для получения гранулированного удобрения заданного качества необходимы следующие усредненные экономические затраты, представленные в таблице 3.
Таблица 3
Усредненные экономические затраты на получение гранулированного органического удобрения
Технология Показатель На перерабатываемый материал, руб/т Готовую продукцию, руб/т
Биоферментация Удельные капитальные затраты 3220 4050
Удельные эксплуатационные затраты 800 1000
Сушка и грануляция Удельные капитальные затраты 1700 8090
Удельные эксплуатационные затраты 3050 14500
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_
Итого Удельные капитальные затраты 4920 12140
Удельные эксплуатационные затраты 3850 15500
При расчетах не учитывались затраты на строительство и обслуживание зданий и площадок для хранения исходных компонентов и готовой продукции.
Так как в процессе переработки происходит значительное уменьшение массы, приведены удельные капитальные и эксплуатационные затраты на тонну перерабатываемого материала и готовой продукции.
Выводы
Технологическая линия биоферментации органических отходов свиноводческого комплекса с последующей сушкой и грануляцией апробирована на лабораторном оборудовании ИАЭП-филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, в качестве исходных компонентов использованы органические отходы свиноводческого комплекса,
расположенного в СЗФО.
Добавление к твердой фракции свиного навоза третьего компонента - отходов от механической чистки зерна, позволило получить смесь, пригодную для подачи в биоферментационную установку, без добавления в смесь покупных влагопоглощающих материалов.
В результате переработки смеси твердых фракций свиного навоза и отходов от механической чистки зерна в гранулированное органическое удобрение,
произошли следующие изменении в химическом составе:
- влажность удобрения уменьшилась в 4,7 раз по отношению к влажности смеси (с 66% до 14%);
- масса удобрения уменьшилась в 1,7 раз по отношению к массе смеси (с 1287 кг до 747 кг);
- содержание общего азота в удобрении увеличилось в 1,9 раз (с 6125 мг/кг до 11680 мг/кг);
- содержание общего фосфора в удобрении увеличилось в 3 раза (с 2968 мг/кг до 9066 мг/кг).
Диапазон стоимости получения 1 тонны гранулированного удобрения
(биоферментация, сушка, грануляция): 9700 -15500 рублей. Затраты на переработку 1 тонны исходного сырья составляют порядка 4000 рублей. В условиях отсутствия у свиноводческих комплексов достаточных площадей земельных угодий для внесения органических удобрений и необходимости транспортировки данных удобрений на расстояния, превышающие рентабельный радиус транспортировки, внедрение данной технологии позволит сократить
эксплуатационные затраты на
транспортировку удобрения, не снизив при этом экологический эффект от применения органических удобрений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. ГОСТ Р 53117-2008. Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия [Электронный ресурс]. URL:
http://docs.cntd.ru/document/gost-r-53117-2008 (Дата обращения 14.05.2019).
2. РД-АПК 1.10.15.02-17 «Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помёта» [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/495876346 (Дата обращения: 20.04.2019)
3. РД-АПК 3.10.15.01-17 «Методические рекомендации по проектированию систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и утилизации навоза и помета». [Электронный ресурс]. URL:http://files.stroyinf.ru/Index2/1/4293744/4 293744156.htm (Дата обращения: 20.04.2019)
4. Уваров Р.А. Повышение эффективности переработки твердой фракции навоза крупного рогатого скота путем разработки биоферментационной установки барабанного типа: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. СПб: ИАЭП. 2018. 160 с.
5. Timms, Leo L. Characteristics and Use of Separated Manure Solids (following anaerobic digestion) For Dairy Freestall Bedding, and Effects on Animal Health and Performance in Three Iowa Dairy Herds. Animal Industry Report: AS 654, ASL R2321. Iowa State University. 2008
DOI: https://doi.org/10.31274/ans_air-180814-47
6. Szántó G. NH3 dynamics in composting. Assessment of the integration of composting in manure management chains. Wageningen: Wageningen University Publishers, 2009. - 140 p.
7. Lim S.S., Park H.J., Hao X.Y., Lee S.I., Leon B.J., Kwak J.H., Choi W.J. Nitrogen, carbon, and dry matter losses during composting of livestock manure with two bulking agents as affected by co-amendments of phosphogypsum and zeolite // Ecological Engineering. 2017. Vol. 102. pp. 280-290.
8. Брюханов А.Ю., Уваров Р.А. Математическая модель технологии ускоренного компостирования отходов животноводства в биоферментационных установках закрытого типа // Известия КГТУ. 2016. № 41. С. 137-147.
REFERENCES
1. GOST R 53117-2008. Udobreniya organicheskie na osnove otkhodov zhivotnovodstva. Tekhnicheskie usloviya [State Standard GOST R 53117-2008 "Organic fertilisers based on farm animal waste. Specifications]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/gost-r-53117-2008 (accessed 14.05.2019). (In Russian)
2. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu sistem udaleniya i podgotovki k ispol'zovaniyu navoza i pomyota RD-APK 1.10.15.02-17 [Management Directive for Agro-Industrial Complex1.10.15.02-17. Recommended Practice for Engineering Designing of Systems for Animal and Poultry Manure Removal and Pre-application Treatment]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/495876346 (accessed 20.04.2019) (In Russian)
3. Metodicheskie rekomendacii po proektirovaniyu sistem udaleniya, obrabotki,
obezzarazhivaniya, hraneniya i utilizacii navoza i pometa RD-APK 3.10.15.01-17 [Management Directive for Agro-Industrial Complex 3.10.15.01-17. Recommended Practice for Designing of Systems for Animal and Poultry Manure Removal, Treatment, Disinfection, Storage and Utilisation]. Available at: http://files.stroyinf.ru/Index2/1/4293744/429374 4156.htm (accessed 20.04.2019) (In Russian)
4. Uvarov R.A. Povyshenie effektivnosti pererabotki tverdoi navoza krupnogo rogatogo skota putem razrabotki biofermentatsionnoi ustanovki barabannogo tipa: dis. ... kand. tekhn. Nauk [Improving efficiency of processing solid fraction of cattle manure by designing a drum-type biofermentation plant. Thesis of Cand. Sc (Engineering)]. Saint Petersburg: IEEP. 2018: 160. (In Russian)
5. Timms, Leo L. Characteristics and Use of Separated Manure Solids (following anaerobic digestion) For Dairy Freestall
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_
Bedding, and Effects on Animal Health and Performance in Three Iowa Dairy Herds. Animal Industry Report: AS 654, ASL R2321. Iowa State University. 2008. DOI: https://doi.org/10.31274/ans_air-180814-47
6. Szanto G. NH3 dynamics in composting. Assessment of the integration of composting in manure management chains. Wageningen: Wageningen University Publishers, 2009: 140.
7. Lim S.S., Park H.J., Hao X.Y., Lee S.I., Leon B.J., Kwak J.H., Choi W.J. Nitrogen, carbon, and dry matter losses during composting of livestock manure with two bulking agents as
affected by co-amendments of phosphogypsum and zeolite. Ecological Engineering. 2017. Vol. 102: 280-290.
8. Bryukhanov A.Yu., Uvarov R.A. Matematicheskaya model' tekhnologii uskorennogo kompostirovaniya otkhodov zhivotnovodstva v biofermentatsionnykh ustanovkakh zakrytogo tipa [Mathematical model for accelerated composting technology of farm animal waste in closed-type installations]. Izvestiya KGTU. 2016. No. 41: 137-147. (In Russian)
УДК 631.171 Б01 10.24411/0131-5226-2019-10178
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДУЛЯ ДЛЯ РАЗВЕДЕНИЯ И ОТКОРМА КРОЛИКОВ
И.Е. Плаксин, канд. техн. наук; А.В. Трифанов, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства(ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Отрасль кролиководства в России на сегодняшний день находится в стадии развития. Ежегодные темпы роста производства крольчатины не превышают 4%. По дальнейшим прогнозам отрасль продолжит наращивать производственные объемы, данный результат будет наблюдаться за счет увеличения числа фермерских хозяйств на долю которых на сегодняшний день приходится порядка 73% от общего объема производства данного вида продукции. Но не смотря на значительною роль мелкотоварных производителей, данная категория хозяйств сталкивается с рядом проблем, основными из которых являются отсутствие современных наукоемких технико-технологических и планировочных решений производственных зданий для малых кролиководческих предприятий, отсутствие средств механизации и автоматизации производственных процессов, а следовательно высокие затраты труда, плохие санитарно-гигиенические условия содержания животных, приводящие к высокой смертности молодняка, а также маточного поголовья. Для решения обозначенных проблем авторами статьи разработан проект технологического модуля для разведения и откорма кроликов. Технологический модуль представляет собой блок-контейнер габаритными размерами 6х2,4х2,5 метра, разделенный на две части для содержания кроликоматок и откормочного молодняка соответственно. Содержание кроликов осуществляется в многоярусных клетках, оборудованных кормушками и ниппельными поилками. Для вентиляции модуля применяются вытяжные вентиляторы и приточные окна, а для поддержания оптимальной температуры предусмотрены тепловентиляторы. Целью исследования является определение технико-экономических параметров технологического модуля для разведения и откорма кроликов. Масса корма, количество воды и количество выхода навоза определялись как кусочно-линейные функции натурального аргумента, предусматривающего пропорциональность обозначенных величин
