CC BY
39
7. Шкрабак В.С., Лапин А.П., Васильев Г.П. Психологические аспекты профилактики производственного травматизма: Справочник специалиста по охране труда. - 2002. - №3. - С. 59-65; №4. - С. 44-50.
8. Шкрабак В.В. Психологические аспекты динамичного снижения и ликвидации производственного травматизма в АПК // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета. - 2005. - Сер. 6. -Вып. 1. - С. 145-149.
9. Шкрабак В.С., Теляковская Н.П. Экспериментальные исследования влияния психофизиологических качеств индивида на показатели травматизма // Вестник Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова. - 2010. - №1. - С. 55-56.
10. Джабборов Н.И., Федькин Д.С., Михайлов А.С. Повышение производительности и эксплуатационной надежности МТА путем визуализации технологических процессов // Молочно-хозяйственный вестник. -2014. - № 3 (15). - С. 57-63.
УДК 631.95 Доктор техн.наук А.М. ВАЛГЕ
(ИАЭП, [email protected]) Доктор техн. наук В.Ф. ВТОРЫЙ (ИАЭП, [email protected]) Канд. техн. наук С.В. ВТОРЫЙ (ИАЭП, [email protected])
КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ СХЕМА МОДЕЛИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МОЛОЧНО-ТОВАРНОЙ ФЕРМЫ НА ЭКОЛОГИЮ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Экология, ферма, крупный рогатый скот
В процессе своей жизнедеятельности крупный рогатый скот производит отходы, которые при определенных условиях могут наносить существенный вред природе. Современные технологии производства животноводческой продукции позволяют значительно снизить риски загрязнения окружающей среды, но необходимо наиболее рационально в зависимости от местных условий адаптировать эти технологии.
Молочная ферма на 1000 коров средней продуктивности ежедневно выбрасывает в атмосферу более 6 т углекислого газа, почти 10 т водяных паров, значительное количество аммиака и других газов, производит около 40 т навозосодержащих стоков и 55 т экскрементов.
Из вентиляционных выбросов наиболее опасен углекислый газ, повышенное содержание которого в атмосфере Земли приводит к потеплению климата вследствие парникового эффекта. Так называемая условная голова КРС выделяет 1825 кг СО2 в год, ежегодно животноводческие предприятия России выбрасывают в атмосферу около 15,5 млн т углекислого газа [1].
Поэтому существующая острая проблема снижения загрязнения окружающей среды отходами животноводства заставляет искать пути более рациональной утилизации и эффективного использования навоза и стоков ферм и комплексов.
Анализ взаимодействия фермы КРС на процесс формирования экологической обстановки и принятие обоснованных решений по управлению технологическими процессами производства животноводческой продукции эффективно возможны только при использовании современных средств контроля на основе информационных технологий.
Использование достижений в области информационных технологий позволяет создать системы технологического мониторинга, которые по заданной программе регулярно выполняют наблюдения, измерения, позволяющие определить состояние выполнения технологического процесса под влиянием различных факторов, проанализировать на соответствие нормативам и представить персоналу в удобной форме с рекомендациями о вариантах принятия решения [2].
На рис. 1 представлена общая схема выделения вредных веществ при содержании крупного рогатого скота. Животное получая в необходимом количестве чистый воздух, корма и воду и в биохимических, физиологических, психических и других процессах, происходящих в животном в
течение жизни, преобразует их в воздух с высокой концентрацией вредных веществ и экскременты, требующие значительных затрат на утилизацию.
Внешняя среда
Свежий воздух
Загрязненный I ^I воздух
V
/
МИКРОКЛИМАТ КОРОВНИКА
Н20; вд ад
V
Н2О; СО2; Ы28; W
мм
Воздух -►
-►
Корма
Животное
/ \
Экскременты накопление
Удаление
Жидкая и
твердая
фракция
Рис. 1. Общая схема выделения вредных веществ при содержании крупного рогатого скота
Существуют четкие взаимосвязи между технологиями содержания и обслуживания животных и концентрацией вредных веществ накапливающихся в атмосфере коровника. Важная задача сегодня заключается в том, чтобы минимизировать выделение влаги и газов из экскрементов животных в процессе их хранения и удаления из коровника за счет оптимизации технологических процессов.
Многочисленными исследованиями установлено, что 4-кратная уборка экскрементов способствует (по сравнению с однократной) снижению абсолютной влажности воздуха на 3 г/м3 и относительной влажности на 11%. Концентрация ядовитых газов аммиака и сероводорода снижается более чем в 2 раза. Применение торфяной подстилки способствует снижению относительной влажности на 1,5-2,5% в воздухе коровников, содержанию углекислого газа на 0,15-0,70% и аммиака на 1,4-5,0 мг/м3. Если содержание углекислого газа в воздухе превышает 1 % из-за неудовлетворительной работы вентиляции, то при длительном воздействии это может привести к отравлению животных [3].
Технология содержания и обслуживания животных также влияет на микроклимат коровника. Так, например, при привязном содержании меньше выделяется аммиака, пастбищное содержание летом и стойлово-выгульная система зимой способствуют созданию более благоприятных условий в животноводческих помещениях. Важное значение на жизнедеятельность животных оказывает температурный режим коровника, который влияет на интенсивность эмиссии вредных веществ из экскрементов и других источников, например - из кормов (сенаж, силос) находящихся в кормушках животных почти круглые сутки.
Для оперативного управления технологическим процессом производства молока, в том числе и с целью снижения вредного влияния на экологию региона необходима эффективная система мониторинга различных технологических параметров их формализации, математической обработки и представления в форме удобной для управленческого персонала. С этой целью разработана концептуальная схема модели антропогенного воздействия молочно-товарной фермы на экологическое состояние окружающей среды.
На рис. 2 представлена концептуальная структурная схема процесса формирования вредных факторов в коровнике.
Их основными источниками являются: - животные, выделяющие при дыхании - через поверхность кожи и других физиологических потребностях водяные пары, углекислый газ, сероводород;
- навоз (смесь экскрементов с подстилкой) выделяющий при открытом хранении водяные пары, углекислый газ, аммиак, сероводород и др.;
- запасы кормов, выделяющие водяные пары (сенаж и силос, имеющие влажность 50-80%), аммиак, углекислый газ, сероводород так как в них происходят биохимические процессы;
- машины (особенно оборудованные двигателями внутреннего сгорания), выделяющие при работе большое количество углекислого газа.
В общем виде влияние вышеуказанных факторов на микроклимат в коровнике можно представить в виде модели:
Рмк = /(М, К, :, N О),
где Рмк - группа параметров определяющих микроклимат и нормируемые зоотребованиями и являющиеся целевыми функциями.
М - вредности, выделяемые при работе машин и оборудования; К - вредности, выделяемые при раздаче и хранении кормов; J - вредности, выделяемые животными; N - вредности, выделяемые при хранении и уборке навоза;
О - вредности, удаляемые из помещения путем естественного воздухообмена и работе принудительной вентиляции.
= — ^ Вредности
_ " _ " Загрязненный воздух ------^ Атмосферный воздух
Рис. 2. Концептуальная структурная схема процесса формирования вредных факторов в животноводческом помещении
Выбросы вредных веществ в атмосферу из животноводческого помещения происходят путем инфильтрации их через рыхлости ограждающих строительных конструкций здания (не
контролируемые выбросы) и с использованием естественной или принудительной систем вентиляции (в этом случае выбросы контролируются, регулируются и имеется возможность их очистки).
Влияние факторов оценивается их уровнем, который должен соответствовать определенным пороговым значениям в животноводческом помещении.
1 уровень - полное соответствие условиям работы персонала и содержания животных нормам охраны труда и техники безопасности, зооветеринарным требованиям. Значения концентрации вредных веществ и выбросы в атмосферу минимальны и не представляют опасности для окружающей среды.
2 уровень - в процессе кратковременных сбоев технологического процесса присутствуют некоторые нарушения условий работы персонала и содержания животных. Значения уровней концентрации некоторых вредностей незначительно превышают предельные значения и представляют опасность для персонала и животных в первую очередь внутри помещения.
3 уровень - сбои в технологическом процессе, серьезные нарушения условий работы персонала вплоть до кратковременной потери трудоспособности и содержания животных. Значения уровней концентрации вредных веществ значительно превышают предельные значения, что угрожает здоровью обслуживающего персонала и животных; выбросы в атмосферу существенно влияют на экологическую обстановку. Дальнейшая работа должна быть прекращена до устранения причин.
Уровни значений факторов в соответствии с зоотехническими требованиями:
- температура внутреннего воздуха Т, °C ^ 3 < T < 10 ;
- влажность внутреннего воздуха W, % ^ 40 < W < 75;
- скорость движения внутреннего воздуха зависит от сезона и ^ max < 0,5 - 1,0 м/с;
- содержание аммиака NH3 ^ min < 20 мг/м3;
- содержание углекислого газа CO2 ^ min < 0,25%;
- содержание сероводорода H2S ^ min < 5 мг/м3.
Таким образом, обеспечение уровня значений определяющих факторов в оптимальных границах позволяет утверждать, что вред, наносимый животноводческим объектом, является минимальным и не нарушает равновесия окружающей экосистемы.
Проведенный анализ технологий производства молока на фермах крупного рогатого скота показал необходимость использования информационных технологий при управлении технологическими процессами с целью минимизации вредного воздействия на окружающую среду
[4].
Разрабатываемая концептуальная схема модели антропогенного воздействия молочно-товарной фермы на экологию территории позволяет определить взаимодействие входных и выходных параметров, управляющих и возмущающих воздействий, целевых функций и критериев эффективности фермы как объекта управления состоянием окружающей среды.
Л и т е р а т у р а
1. Хазанов Е.Е., Гордеев В.В., Хазанов В.Е. Модернизация молочных ферм./ ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. -СПб., 2008. - 380 с.
2. Вторый В.Ф., Вторый С.В. Система технологического мониторинга производства молока на ферме КРС // Вестник ВНИИМЖ. -2012. -№2.- С.20-25.
3. Вторый В.Ф., Вторый С.В. Система мониторинга параметров микроклимата на молочно-товарной ферме крупного рогатого скота.// Материалы Международного агроэкологического форума. Т 1. ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. - СПб. - 2013. - 267 с.
4. Валге А.М., Папушин Э.А., Вторый С.В. Информационные технологии как средство повышения эффективности сельскохозяйственного производства.// Сб. научн. тр. Вып 80. СЗНИИМЭСХ- СПб. 2008.-С. 186-195.
