CC BY
108
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
ДА. МАКСИМОВ, канд. техн. наук;
Н.Г. КИСЕЛЕВ
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПРОИЗВОДСТВА КОМПЛЕКСНЫХ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
Приведены современные методы переработки отходов животноводства. Предложена технология переработки органических отходов с получением гранулированных органоминеральных удобрений. Представлены результаты исследования процесса гранулирования органоминеральных смесей в виде графических зависимостей. Показано влияние исследуемых факторов на выходные параметры.
Ранее в личных хозяйствах и на небольших фермах применялась подстилка, поэтому помет и навоз имели плотную консистенцию. Вручную вилами или скребками навозная масса удалялась из помещений, складировалась и периодически, в качестве ценного органического удобрения, весной или осенью разбрасывалась по полям с последующей заделкой при пахоте.
Происходящий процесс интенсификации сельскохозяйственного производства, обусловленный экономическими и технологическими факторами связан с укрупнением предприятий. В этом случае возникают большие объемы навоза и помета, сконцентрированные на небольших площадях, что ведет к проявлению ряда отрицательных факторов. Это низкая питательная ценность и соответственно большие дозы внесения. Затраты по их доставке на поля и внесению не окупаются полученным урожаем. Вследствие проявления этих факторов возникают экологические проблемы, и становиться актуальной глубокая переработка навоза и помета.
С технической и экономической точки зрения целесообразность выбора той или иной технологии утилизации и последующего использования навоза и помета во многом определяется их объемом, видом, влажностью и месторасположением хозяйства. Проблема переработки обусловлена еще и тем, что в крупных животноводческих фермах происходит разбавление навоза и помета водой, а это приводит не только к образованию больших масс, но и к изменению их свойств. Разбавление навоза и помета водой перед хранением или во время их использования в соотношении 1:10 увеличивает период вы-
145
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.
живаемости находящейся в них патогенной микрофлоры более чем в 3 раза.
Одной из основных задач любого способа переработки экскрементов должна быть борьба с патогенной и условно патогенной микрофлорой, семенами сорной растительности.
Мировой опыт показывает, что при использовании прогрессивных технологий, новейшего оборудования и рациональных форм организации труда навоз и помет становится ценным и дешевым сырьем для получения продукции, имеющей высокую стоимость и спрос. Это - высококачественное органическое удобрение, становящееся источником углерода для воспроизводства в почве гумуса; сырье для получения разного рода альтернативного топлива (газообразного, твердого и жидкого); белковый компонент комбикормов (после соответствующей переработки). Почвы Северо-Западной зоны РФ имеют низкое естественное плодородие, но достаточную влагообеспеченность. Поэтому удобрения в зоне могут обеспечивать до 75% прироста урожайности сельскохозяйственных культур. Учитывая это, основное направление применения отходов животноводства в Северо-Западной зоне - использование их в качестве удобрений, повышающих плодородие почв.
В настоящее время утилизацию помета и выработку на его основе удобрений у нас осуществляют, как правило, методом компостирования. В институте была разработана механизированная линия для переработки подстилочного помета в биологически активные органические удобрения методом активной ферментации. Существенным недостатком этой технологии активной ферментации в установках закрытого типа является высокая себестоимость получаемых удобрений (0,8 - 1,5 тыс. руб./т). При этом дозы внесения остались значительными 10-20 т/га. Учитывая, что применение их с помощью имеющихся средств механизации только вразброс экономически не оправдываются [2], приобретает особое значение разработка и использование более эффективных и рациональных технологий и технических средств производства и применения органических удобрений. Приоритет имеет разработка комплексных органоминеральных удобрений, включающих основные компоненты питания растений в соотношении, соответствующем биологическим особенностям растений и уровню плодородия почвы. Дозы внесения таких удобрений значительно сни-
146
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
жаются, но остаются трудности, связанные с хранением и внесением этих удобрений из-за их физико-механических свойств [3].
Гранулирование удобрений, в том числе комплексных, обеспечивает улучшение их физических и агрохимических свойств. Они сохраняют сыпучесть, меньше слеживаются при хранении, не пылят, легко рассеиваются и обеспечивают равномерное внесение, что обеспечивает их применение, приближенное к растениям (припосевное, местное, локальное внесение).
Технологический процесс получения полнокомпонентных гранулированных органоминеральных удобрений состоит из следующих основных стадий: компостирование (предпочтительна биоферментация в закрытых установках); смешивание компоста с минеральными добавками; прессование; сушка и сортировка готового продукта. Определяющей стадией этого технологического цикла является операция непрерывного прессования.
Для экспериментальных исследований процесса грануляции, оптимизации режимов работы и конструктивных параметров пресс -гранулятора была создана лабораторная установка на базе прессгранулятора РТ-ПМ-21 (рис. 1).
Проведение экспериментальных исследований по определению конструктивных параметров и режимов работы пресс-гранулятора осуществляли с помощью статистических методов планирования пятифакторного эксперимента. Уровни исследуемых факторов представлены в табл. 1.
147
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.
Рис. 1. Лабораторная установка и оборудование:
1 - шкаф сушильный; 2 - лабораторная установка для исследования процесса грануляции; 3 - секундомер; 4 - весы ВЛТК - 500; 5 - установка для определения прочности гранул
Таблица 1
Факторы и уровни их варьирования при проведении экспериментальных исследований
Обозначение факторов Наименование факторов Уровни варьи ювания Шаг
натуральное кодированное -1 0 +1
w Xi Влажность смеси, % 32 37 42 5
l X2 Длина фильер, мм 25 30 35 5
n Хз Частота вращения шнека, мин-1 80 100 120 20
c X4 Состав смеси, % минеральных компонентов 0 15 30 15
s X5 Площадь живого 2 сечения, мм 56,52 84,78 116,04 28,26
148
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Исследования проводили на компосте и его смесях с минеральными удобрениями. В качестве минеральных добавок были выбраны - карбамид, суперфосфат и сульфат калия. В соответствии с агротехническими рекомендациями соотношение действующего вещества NPK в смесях выбрано 1:1:1. Исходя из этого соотношения, была подобрана рецептура смесей. Концентрация минеральной компоненты соответствовала следующим дозам внесения удобрений: образец 1 -10 т/га, образец 2 - 5 т/га, образец 3 - 2т/га. Состав исследуемых образцов приведен в табл. 2.
Таблица 2
Состав исследуемых образцов в % по абсолютно сухому веществу
Состав Образец 1 Образец 2 Образец 3
Компост 100 80 60
Карбамид 0 5,5 11
Суперфосфат 0 10,2 20,4
Сульфат калия 0 4,3 8,6
Ниже показано влияние данных факторов на исследуемые параметры. В качестве выходных параметров были приняты: давление прессования, потребляемая мощность, производительность, удельная мощность прессования и прочность гранул. В пределах варьирования факторов увеличение влажности и содержания минеральной составляющей смеси снижает давление прессования. Частота вращения оказывает нелинейное воздействие на давление. Максимум давления приходится на нулевой уровень частоты вращения шнека. Увеличение площади живого сечения снижает давление прессования. Графическое изображение влияния исследуемых факторов на давление прессования при нулевом уровне остальных представлено на рис. 2.
Наибольшее влияние на потребляемую мощность оказывают влажность и состав компостируемой смеси. Увеличение значения этих факторов снижает потребляемую мощность на процесс грануляции. График влияния этих факторов при нулевом уровне остальных представлен на рис. 3.
149
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.
P: давление, МПа
X4: состав смеси X1: влажность
Рис. 2. График влияния состава смеси и ее влажности на давление прессования
N: Мощность, кВт
' —0 , о
-1,2 -1,2
X4: состав смеси X1: влажность
Рис. 3. График влияния состава смеси и ее влажности на потребляемую мощность 150
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Существенное влияние на потребляемую мощность оказывает частота вращения вала шнека пресса. Увеличение значения этого фактора ведет к увеличению потребления мощности.
Наиболее значимыми факторами, влияющими на производительность процесса грануляции, являются состав гранулируемой смеси и частота вращения шнека. Повышение концентрации минеральных компонентов в пределах варьирования способствует повышению производительности гранулятора. Влияние частоты вращения шнека наиболее заметно при максимальной концентрации минеральных добавок. Графическое представление влияния данных факторов при нулевом уровне остальных представлено на рис. 4.
Рис. 4. График влияния состава смеси и частоты вращения шнека на производительность
Увеличение влажности и площади живого сечения способствует повышению производительности пресса. Увеличение длины формующего канала фильеры снижает производительность.
Существенное влияние на удельную мощность грануляции оказывает состав гранулируемой смеси. Увеличение концентрации
151
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.
минеральных добавок в пределах варьирования этого фактора приводит к снижению удельной мощности. Графическая зависимость удельной мощности от состава смеси и площади живого сечения представлена на рис. 5.
N QC, кВт*ч/кг
Рис. 5. График влияния состава смеси и площади живого сечения на удельную мощность грануляции
Анализ влияния других факторов показал следующие результаты: увеличение длины фильер повышает удельную мощность; увеличение влажности смеси в пределах интервала варьирования фактора вызывает снижение удельной мощности.
Наиболее существенными факторами, влияющими на прочность гранул, являются влажность и состав гранулируемой смеси. Влияние этих факторов при нулевом уровне остальных представлено на рис. 6. Увеличение влажности и добавка минеральных удобрений снижает прочность гранул.
152
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Рис. 6. График влияния состава смеси и ее влажности на прочность гранул
Учитывая, что основным критерием оптимизации был выбран показатель удельной энергоемкости процесса гранулирования, дополнительными критериями - прочность и водорастворимость гранул, давление прессования, анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы.
Стоимость качественных органических удобрений является высокой и их внесение как обычных органических удобрений вразброс не рационально. Гранулирование удобрений, в том числе комплексных, обеспечивает улучшение их физических и агрохимических свойств. Концентрация минеральной компоненты в удобрении должна соответствовать дозе внесения 1-3 т/га. Анализ площади живого сечения позволил установить диаметр получаемых гранул 6-8 мм.
Органоминеральная смесь, поступающая на грануляцию шнековым прессом должна иметь влажность 35-45 %. Содержание минеральных добавок должно быть не более 35 % по абсолютно сухому веществу. Гранулятор должен создавать давление 2-5 МПа. Удельный расход электроэнергии не более 60 кВт-ч/т.
153
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.
Выбор оптимального состава органоминеральной смеси для получения гранулированных удобрений необходимо делать на основании агрохимических исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Щеткин Б.Н. Методология экологически безопасной переработки птичьего помета в органоминеральные удобрения и создания устройств оценки качества их внесения в почву при возделывании сельскохозяйственных культур. Автореф. дис... д-ра техн. наук. -СПб-Пушкин, 2004.
2. Провести НИР по созданию механизированной линии превращения навоза и помета в биологически активные органические удобрения и выдать исходные требования на ее разработку. Отчет о НИР (промежуточ.)/ НИПТИМЭСХ НЗ РФ; Руководитель В.Н. Афанасьев - 8РТ; № ГР 01970000345; ИнвЗЧ 02.9.80 004978. - СПб., 1997.
3. Вирясов Г.П. Комплексные гранулированные удобрения на основе торфа - Минск: Наука и техника, 1988. - 160 с.
Получено 15.04.2004.
УДК 630.160.22: 621.928 А.В. ДИМИТРИЕВ
УЛУЧШЕНИЕ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УДОБРЕНИЙ ИЗ ПОДСТИЛОЧНОГО ПОМЕТА В БАРАБАННОМ СЕПАРАТОРЕ
Дано обоснование выбора типа сепаратора для улучшения структурно-механических свойств подстилочного помета. Представлена программа и методика исследований конструктивных параметров и режимов работы сепаратора.
Улучшение структурно-механических свойств сыпучих материалов подразумевает приближение множества свойств материала к требуемым для выполнения какой-либо практической задачи. При этом учитывается однородность или разнородность таких факторов, 154
