CC BY
10
8 Научный журнал Вестник Курганской ГСХА
УДК 621.431
К.А. Дегтярева1, С.А. Тарасьянц2, А.С. Тарасьянц2, Е.Д. Павлюкова2, И.С. Гущев3
КОМПЛЕКС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ПЛАНИРУЕМЫЙ УРОЖАЙ КОРМОВОЙ СВЕКЛЫ В СИСТЕМАХ ОРОШЕНИЯ
1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (НПИ) ИМЕНИ М.И. Платова», НОВОЧЕРКАССК, РОССИЯ 2 НОВОЧЕРКАССКИЙ ИНЖЕНЕРНО-МЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ А.К. КОРТУНОВА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»,
НОВОЧЕРКАССК, РОССИЯ
K.A. Degtyareva1, S.A. Taras'yants2, A.S. Taras'yants2, E.D. Pavlykova2, I.S. Gushcev3 THE COMPLEX OF NUTRIENTS OF LIVESTOCK STOCKS AND MINERAL FERTILIZERS FOR THE PLANNED HARVEST OF FODDER BEETS IN IRRIGATION SYSTEMS
1 FEDERALSTATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION « PLATOV SOUTH-RUSSIAN STATE POLYTECHNIC UNIVERSITY (NPI)», NOVOCHERKASSK, RUSSIA
2 NOVOCHERKASSK ENGINEERING AND AMELIORATIVE INSTITUTE OF A. K. KORTUNOV NAME OF THE FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION "DON STATE AGRARIAN UNIVERSITY", NOVOCHERKASSK, RUSSIA
Карина Александровна Дегтярева
Karina Alexandrovna Degtyareva кандидат технических наук karina.degtyareva.2014@mail.ru
Андрей Сергеевич Тарасьянц
Andrey Sergeevich Taras'yants кандидат технических наук kovka-taras@yandex.ru
Аннотация. В работе предлагается система смешения животноводческих стоков и минеральных удобрений с помощью струйных смесителей новой конструкции, подающих смесь во всасывающие трубопроводы насосных агрегатов для дальнейшего смешения с водой в необходимых пропорциях и подачи удобрительной смеси на орошаемые участки. Целью расчета является определение годовой нормы внесения жидкого навоза и определение дефицита питательных веществ. В результате проведенного расчета всего комплекса питательных веществ на планируемый урожай кормовой свеклы имеется возможность предварительно подготовить объемы, как животноводческих стоков, так и минеральных удобрений. Ввод всего комплекса удобрений во всасывающий трубопровод насосной станции с использованием трехкомпонентного смесителя позволяет проводить автоматическую регулировку состава смеси в виде измененных доз питательных веществ. Предложенный технологический процесс, испытанный в натуре на полях Ставропольского края, позволяет проектным организациям иметь типовую схему эксплуатации всей системы смешения и внесения в целом.
Ключевые слова: животноводческие стоки, насосные станции, трехкомпонентный насос-смеситель, всасывающий трубопровод, напорный трубопровод, минеральные удобрения, дождевальная машина, поте-
Сергей Андреевич Тарасьянц
* У
W Sergey Andreevich Taras'yants
доктор технических наук, профессор starasyancz@mail.ru
ри напора, напор на гидранте, поливная норма.
Abstract. The paper proposes a system for mixing animal waste and mineral fertilizers using jet mixers of a new design, feeding the mixture into the suction pipes of pumping units for further mixing with water in the required proportions and feeding the fertilizer mixture to irrigated areas. The purpose of the calculation is to determine the annual rate of application of liquid manure and determine the deficiency of nutrients. As a result of the calculation of the entire complex of nutrients for the planned harvest of fodder beets, it is possible to pre-prepare the volumes of both livestock runoff and mineral fertilizers. The introduction of the entire complex of fertilizers into the suction pipeline of the pumping station using a three-component mixer allows automatic adjustment of the composition of the mixture in the form of changed doses of nutrients. The proposed technological process, tested in nature in the fields of the Stavropol territory, allows design organizations to have a typical scheme of operation of the entire mixing system and application as a whole.
Keywords: livestock wastewater, pumping stations, three-component mixer pump, suction pipe, pressure pipe, mineral fertilizers, sprinkler, pressure loss, hydrant head, irrigation rate.
Елена Дмитриевна Павлюкова
Elena Dmitrievna Pavlyukova доцент
cevoslna@mail.ru
Иван Сергеевич Гущев
Ivan Sergeyevich Gushchev ivan.gushchev@mail.ru
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2019 ^ыкахазяйатвт^ науки 9
Введение. В настоящее время в Ростовской области и в целом по ЮФО растёт производство скота и птицы на животноводческих комплексах, при этом сотни тонн ценного удобрения - животноводческих стоков - вместо возможной пользы, приносят вред сельскому хозяйству и окружающей среде.
Наиболее распространенными способами удаления и утилизации стоков являются механический и гидравлический. Затраты труда на гидравлическое удаление более чем на 50% ниже, чем на удаление механическими способами [1], кроме того при гидравлическом способе производится предварительная подготовка смеси воды и стоков для внесения оросительными системами.
При предварительной подготовке на животноводческих комплексах навоз, как правило, разделяют на фракции, густую часть вносят на поля мобильным транспортом, а жидкую смешивают с водой в необходимых пропорциях и насосными станциями подают в оросительные сети.
Ранее системы смешения проектировались в водоемах смесителях по схеме, показанной на рисунке 1 [2].
мых пропорциях, и подаются во всасывающий трубопровод насосной станции.
77777777
1 - смеситель; 2 - насосная станция подачи воды (НС-2); 3 - водоисточник; 4 - насосная станция подачи животноводческих
стоков (НС-3); 5 - накопитель животноводческих стоков;
6 - насосная станция подачи смеси воды и животноводческих стоков на орошение (НС-1).
Рисунок 1 - Схема системы смешения навоза и воды с помощью водоема смесителя.
Система работает следующим образом:
Насосными станциями НС-2 и НС-3 подавались вода и животноводческие стоки в смеситель 1, после перемешивания насосная станция НС-1 подавала смесь на орошаемый участок.
К недостаткам данной системы 2 относят отсутствие возможности точной дозировки питательных веществ в смеси, высокая стоимость проектирования и строительства, эксплуатационные сложности.
Методика. В настоящей работе предлагается схема смешения животноводческих стоков и минеральных удобрений с водой с помощью струйного смесителя (рисунок 2, 3) [3] с подачей смеси во всасывающий трубопровод насосной станции (рисунок 4, 5, 6) и дальнейшей транспортировкой на поля орошения.
Струйный трехкомпонентный насос - смеситель работает следующим образом: по трубопроводу 4 подается вода, выходящая из кольцевой щели 1 с увеличенной скоростью, позволяющей создать вакуум в смесительной камере 8, способствующий подсасыванию животноводческих стоков по трубопроводу 13 через центральное отверстие 12 внутреннего сопла 2, с регулированием величины расхода задвижкой 14, и при необходимости минеральных удобрений, в случае дефицита питательных веществ, по трубопроводу 10 через кольцевое отверстие 9 между наружным соплом 3 и полым стаканом 6, с регулированием величины расхода задвижкой 11. Поступающие в смесительную камеру 8 три компонента: животноводческие стоки, минеральные удобрения и вода перемешиваются в необходи-
1 - кольцевая щель; 2 - внутреннее сопло; 3 - наружное сопло; 4 - трубопровод подачи воды; 5 - кольцевая заглушка; 6 - полый стакан; 7 - конфузор; 8 - смесительная камера; 9 - кольцевое отверстие; 10 - трубопровод подачи жидких комплексных удобрений; 11, 14 - задвижки; 12 - центральное отверстие; 13 - трубопровод подачи животноводческих стоков.
Рисунок 2 - Схема струйного трехкомпонентного насоса-смесителя
Рисунок 3 - Струйный трехкомпонентный насос-смеситель. Общий вид
Накопитель животноводческих
Вода
1 - водоисточник; 2 - струйный трехкомпонентный насос-смеситель; 3 - накопитель животноводческих стоков; 4 - жидкие комплексные удобрения; 5 - насосная станция подачи смеси на поля орошения.
Рисунок 4 - Схема системы смешения животноводческих стоков, воды, минеральных удобрений и воды с подачей смеси на поля орошения
ЖКУ
а
а
а
10 Научный журнал Вестник Курганской ГСХА
Рисунок 5 - Схема подачи удобрений в оросительную сеть от трёхагрегатной насосной станции орошаемого участка
ООО «Калининское» Ставропольского края
Таблица 1 - Исходные данные для расчёта системы смешения
Рисунок 6 - Всасывающие трубопроводы насосной
станции орошаемого участка ООО «Калининское» Ставропольского края с использованием струйного трёх-компонентного насоса смесителя
Установка с питанием от напорного трубопровода насосной станции 5 (см. рис.4) позволяет с помощью создаваемого в нем вакуума подсасывать животноводческие стоки из накопителя 3 и в случае дефицита питательных веществ жидкие комплексные минеральные удобрения из накопителя 4 и подавать во всасывающий трубопровод насосных агрегатов.
Использование данного смесителя, при удобрительных поливах сельскохозяйственных культур, позволяет иметь возможность автоматически подавать весь комплекс питательных веществ на планируемый урожай.
Результаты. Для возможного дальнейшего использования на производстве смесителя в настоящей работе приводится расчет подачи смеси животноводческих стоков и воды, с одновременным определением дефицита питательных веществ для внесения минеральных удобрений.
Расчет проводится на примере орошаемого участка, ООО "Калининское" Красногвардейского района Ставропольского края для площади 273 га при выращивании кормовой свеклы и сводится к тому, чтобы по исходным данным был подан весь комплекс питательных веществ на планируемый урожай 400 ц/га за вегетационный период.
Целью расчета является определение годовой нормы внесения жидкого навоза и определение дефицита питательных веществ для возможности дальнейшего внесения минеральными удобрениями.
Напор смесителя и параметры его элементов рассчитываются по ранее рассмотренным методикам [5].
№ Показатель Обозначение Численное значение
1 Площадь орошаемого участка, га F 273
Содержание в навозе питательных
2 веществ, % азота N, 0,10
калия С 0,05
фосфора Сф 0,03
3 Урожайность, ц/га У 400
Вынос веществ с 1 т урожая, кг/га
4 азота ВУ 4,0
калия ВУ 1,5
фосфора Вуф 3,5
Уровень обеспеченности питательными
веществами выращиваемой культуры
5 на почвах орошаемого участка, кг/га
азота П 20,0
калия П 70,0
фосфора Пф ф 30,0
Коэффициент использования питатель-
6 ных веществ из почвы: азота К 0,20
калия К 0,30
фосфора Кф 0,10
Коэффициент использования питатель-
ных веществ растениями из подготов-
7 ленного навоза:
азота к, 0,65
калия К, 0,50
фосфора к,ф 0,65
Максимальное содержание в поливной
смеси, %
8 азота N 0,06
калия К 0,10
фосфора P 0,12
Коэффициент, учитывающий потери
питательных веществ в процессе
9 полива:
азота К2а 0,85
калия к* 1,0
фосфора К2Ф 0,95
10 Напор смесителя, Н Н 1,5
11 Количество удобрительных поливов П, 5
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2019 Сельскохозяйствешые науки Ц
Таблица 2 - Расчёт системы смешения животноводческих стоков и минеральных удобрений с водой
№ Наименование показателей, единицы измерения Расчётные формулы и расчёт показателей
1. Вынос питательных веществ с 1 га при планируемом урожае 400 ц/ га, кг/га: азота Ва фосфора Вф калия Вк
2. Годовая норма жидкого навоза, т/га: по азоту Ма по фосфору Мф по калию Мк
3 Годовая норма внесения жидкого навоза на всю площадь, м3 Принимается 1000 по азоту
4. Дефицит питательных веществ, т/га: по фосфору по калию (отсутствует) Дефицит по фосфору вносится фосфорными минеральными удобрениями.
5. Дефицит питательных веществ на всю площадь: т/га по фосфору по калию По азоту дефицита нет, т.к. вся норма азота внесена животноводческими стоками Дф = (0,137 - 273) • 0,03 = 37,4 (Вносится минеральными жидкими комплексными удобрениями). Дефицит отсутствует
6. Поливная норма жидкого навоза на всю площадь, м3 <=мп;=7Т=(9)
7. Поливная норма подмешиваемой воды при коэффициенте смешивания а = 1 (1:1) 3 0 м3 Пнв = 153,95 (10) Коэффициент ао = 1 принимается по литературным данным [4] В насосной станции (см. рис.5) расход и напор перед смесителем регулируется задвижками в напорном коллекторе.
На основании вышеизложенного сделаны следующие выводы:
1. Ввод всего комплекса удобрений во всасывающий трубопровод насосной станции с использованием трех-компонентного смесителя позволяет проводить автоматическую регулировку состава смеси в виде измененных доз питательных веществ.
2. Проведенный расчет всего комплекса питательных веществ на планируемый урожай кормовой свеклы позволяет иметь возможность предварительно подготовить объемы, как животноводческих стоков, так и минеральных удобрений.
Список литературы
1 Дегтярева К.А. Технология подготовки птичьего помёта для орошения овощных культур в условиях защищён-ного грунта / Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Новочеркасск, 2013. 20 с.
2 Тарасьянц С.А. Использование водоструйных насосов для смешения навоза с водой. Новочеркасск, 1982. 17 с.
3 Пат. №153384 Ю.С. Вакуленко, С.А. Тарасьянц, К.А. Дегтярева. Струйный трехкомпонентный насос смеситель Пат. №153384. Российская Федерация, МПК А01 С23/04. заявитель и патентообладатель Новочеркасскиий инженерно-мелиоративный институт имени А.К. Кортунова ФГБОУ ВПО "Донской государственный аграрный университет" (НИМИ ДГАУ) - № 2014150736/13; заявл. 15.12.2014; опубл. 20.07.2015г, Бюл. № 20.
4 Мускевич Г.Е. Гидравлические исследования и расчет водоструйных аппаратов / Диссертация на соискание учёной сте-
пени кандидата технических наук. Ростов-на-Дону, 1970. 200 с.
5 Дегтярева К.А. Низконапорные оросительные системы для полива овощных и плодовых культур [Электронный ресурс] // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2013. № 86 (02). URL: http://ej.kubagro.ru/2013/02/pdf/52.pdf.
List of references
1 Degtyareva K.A. The technology of preparation of bird droppings for irrigation of vegetable crops in a protected ground / Thesis for the degree of candidate of technical sciences. Novocherkassk, 2013. 20 p.
2 Tarasyants S.A. Using water-jet pumps to mix manure with water. Novocherkassk, 1982. 17 p.
3 Pat. No. 153384 Yu.S. Vakulenko, S.A. Tarasyants, K.A. Degtyareva. Three-component jet pump mixer Pat. No. 153384. Russian Federation, IPC A01 C23 / 04. Applicant and patent holder Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute named after A.K. Kortunova FSBEI HPE "Don State Agrarian University" (NIMI DGAU) - No. 2014150736/13; declared 12/15/2014; publ. 07/20/2015, Bull. Number 20.
4 Muskevich G.E. Hydraulic research and calculation of water-jet devices / Thesis for the degree of candidate of technical sciences. Rostov-on-Don, 1970. 200 p.
5 Degtyareva K.A. Low-pressure irrigation systems for irrigation of vegetables and fruit crops [Electronic resource] // Political Mathematical Electronic Scientific Journal of the Kuban State Agrarian University. 2013. No. 86 (02). URL: http:// ej.kubagro.ru/2013/02/pdf/52.pdf.
