CC BY
17
УДК 631.22.018+631.862+621.867.7+636.012
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ, ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ УБОРКИ И ПОДГОТОВКИ НАВОЗА К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
П.И. Гриднев, д-р техн. наук, зам. директора Т.Т. Гриднева, канд. техн. наук, вед. науч. сотр.
Дан анализ предпосылок, определивших направления работ по уборке навоза и производству на его основе органических удобрений. Представлен перечень работ, выполненных сотрудниками отдела за весь период его деятельности, в том числе и новые работы, вызванные потребностями внедрения передовых технологий содержания животных. Ключевые слова: плодородие почв, органические удобрения, самотечное и гидросмывное удаление навоза, шнековые транспортеры, транспортеры с гидравлическим приводом и автоматизированной системой управления.
Мировой и отечественный опыт сельскохозяйственного производства свидетельствует о том, что в системе повышения плодородия почв и роста урожайности культур определяющим звеном являются удобрения. Внесение единицы действующего вещества КРК сопровождается прибавкой урожая растениеводческой продукции в 4-8 единиц в пересчете на зерно [1,2,3]. При этом важнейшая роль в повышении урожайности и плодородия почв отводится эффективному использованию органических удобрений, в первую очередь - произведенных на основе навоза [3,4].
Навоз - ценнейшее сырье для производства органических удобрений. При несоблюдении требований по его хранению, переработке и использованию навоз становится источником загрязнения окружающей среды вредными органическими и неорганическими соединениями, патогенной микрофлорой, жизнеспособными яйцами гельминтов.
Установлено, что суммарный экономический ущерб в виде недобора урожая и загрязнения окружающей среды от неправильного использования навоза ежегодно составляет не менее 40,0 млрд руб. [5].
Даже в лучшие годы в качестве органических удобрений ежегодно использовалось только 35% накапливаемого навоза. При этом упущенная экономическая выгода неполного использования удобрительных ресурсов навоза (в ценах 1996 г.) составляла не менее 13 трлн руб., кроме того, страна ежегодно не добирала примерно 18-20 млн т в пересчете на зерно. Учитывая изложенное выше, с первых дней деятельности института к числу приоритетных тематик исследований относилась проблема уборки и подготовки навоза к использованию.
В 1970 году был создан самостоятельный отдел, состоящий из двух лабораторий: первая занималась проблемами уборки и подготовки к использованию свиного навоза, вторая - навоза крупного рогатого скота.
Основной целью деятельности отдела стало получение новых знаний об основных закономерностях функционирования и развития технических систем уборки навоза и подготовки его к использованию в качестве органического удобрения применительно к различным типоразмерам животноводческих предприятий и природно-климатическим особенностям зоны их расположения.
Первым заведующим отделом был канд. техн. наук И.И. Лукьяненков, он же возглавлял лабораторию механизации уборки и переработки свиного навоза. Следующими руководителями отдела были д-р техн. наук
А.А. Артюшин, д-р техн. наук П.И. Гриднев, канд. техн. наук В.А. Денисов. Под руководством И.И. Лукьяненкова была проведена большая работа по оценке эффективности существующих систем уборки и подготовки навоза к использованию; обоснованы основные направления их совершенствования; проведены теоретические и экспериментальные исследования процессов самотечного и гидросмывного удаления навоза по каналам; механического и гравитационного разделения навоза на фракции; биологической очистки жидкой фракции в окислительных каналах и аэротенках [6].
Результаты исследований, активное участие в которых, кроме И.И. Лукьяненкова, принимали канд. техн. наук Ю.Н. Буряк, инженеры Ю.Н. Аксенов, Н.В. Повалихин, М.Д. Фомина, Р.И. Ершова, С.И. Костюков, послужили основой для разработки ряда проектов свиноводческих предприятий Тульской и Московской областей.
Первым руководителем лаборатории механизации уборки и переработки навоза КРС был канд. техн. наук М.А. Лев. Под его руководством и с участием инженеров А.А. Шведова и В.А. Денисова были проведены глубокие теоретические и экспериментальные исследования процессов транспортирования и механического разделения на фракции бесподстилочного навоза.
Результаты исследований легли в основу разработки норм технологического проектирования, рекомендаций по повышению эффективности систем уборки и подготовки навоза к использованию, создания центрифуги фильтрующего типа для разделения навоза на фракции УОН-835 и ее модификаций, насоса для перекачки навоза НЦВ-Ф-2.
Первые образцы указанных технических средств внедрены в производство в совхозе «Валуйки» Белгородской области, «Паш-ский» Ленинградской области, ОПХ «Красная пойма» Московской области. В настоящее время данный комплект оборудования широко используется в хозяйствах республики Беларусь [7].
Дальнейшее развитие работы по созданию семейства насосного оборудования для
транспортирования навоза получили под руководством канд. техн. наук Митяшина М.П. и Залевского Ю.И.
В результате выполненных ими исследований был создан принципиально новый насос погружного типа моноблочной конструкции со специальным торцовым уплотнением НЦН-Ф-100/30. Новая конструкция насоса превосходит отечественные, серийно выпускаемые насосы НЦИ-Ф-100, НЖН-200А по наработке на отказ в 4,5-6 раз [8].
С целью совершенствования самосплавных систем удаления навоза канд.техн.наук В.И. Кудрявцевым и инженером С.И. Костюковым была предложена система с применением канала «донора», позволяющая использовать объем жидкого навоза этого канала для промывки отдаленного от шибера торца другого закольцованного с ним канала. Подобная система была реализована в хозяйстве Курской области [9].
Для механизации процесса уборки навоза с выгульных площадок, а также из открытых каналов шириной 1800-2000 мм в институте был создан агрегат СУ-Ф-0,4 на базе самоходного шасси Т-16. Активное участие в создании указанного агрегата принимали: канд. техн. наук М.А. Лев и М.П. Митяшин, инженеры Л.М. Фролов, А.А. Шведов, В.А. Денисов, Т.А. Шурыгина. Универсальный агрегат успешно применяется не только для уборки навоза, но и для выполнения других трудоемких процессов в животноводстве - погрузки и транспортировки сыпучих материалов: цемента, песка, щебня, корнеплодов, комбикорма и т.д.
Сотрудники отдела канд. техн. наук М.П. Митяшин и инженер Л.А. Афанасьев внесли значительный вклад в создание высоконадежного технического средства для уборки навоза разработкой типоразмерного ряда комплекта шнековых транспортеров.
Использование шнековых транспортеров для механизации процесса уборки навоза позволило существенно повысить санитарно-гигиенические условия производства, увеличить срок службы до 15 лет и более, наработку на отказ до 3000 часов, что превышает аналогичный показатель лучших мировых
образцов технических средств для уборки навоза в 8-10 раз [10].
Резервом повышения эффективности использования шнековых систем уборки навоза является сокращение энергоемкости процесса и металлоемкости изделий за счет использования для их изготовления пластмасс и композиционных материалов.
В последние годы в связи с дефицитом трудоспособного населения на селе широкое применение получают технологии беспривязного содержания коров. При этом возникает необходимость уборки навоза из открытых каналов шириной до 3,0 м. С целью обеспечения требуемых санитарно-гигиенических норм содержания животных уборка навоза должна производиться круглосуточно с интервалом между уборками не более 4-6 часов. При таком режиме работы просто необходимо создание технического средства, работающего в автоматическом режиме. Такая скреперная установка была создана коллективом ученых института - канд. техн. наук Карповым В.П., Гридневой Т.Т., инженерами Лобачевым Ю.В. и Кузьминым И.Ю. и с 2007 года успешно эксплуатируется в ОНО ЭХ «Кленово-Чегодаево» (рис. 1) [11].
Рис. 1. Автоматизированная скреперная установка уборки навоза при беспривязном содержании животных
По технико-экономическим показателям созданная скреперная установка не уступает лучшим зарубежным аналогам. Привод рабочих органов установки осуществляется от гидростанции, позволяющей осуществлять процесс уборки навоза как минимум из четырех каналов.
С целью создания высокоэффективного технического средства для уборки любого типа навоза при привязном содержании животных под руководством канд. техн. наук Гридневой Т.Т. совместно с сотрудниками ОПКБ с ЭПП Ереминым А.М., Карагодовым С.И. и Бушукиным А.Ф. ведется разработка штангового транспортера с гидравлическим приводом тягового контура и автоматизированной системой управления работой. В качестве тягового контура транспортера предлагается использовать стальную полосу сечением 50х5. От одной гидравлической станции может быть приведено в движение до четырех тяговых контуров. По основным технико-экономическим показателям создаваемый транспортер превосходит лучшие отечественные и зарубежные аналоги по объему выполняемой работы, массе и стоимости изделия, энергоемкости и качеству выполнения процесса [12].
Одной из самых трудоемких операций при привязном содержании коров является внесение подстилки в стойла и удаление навоза из стойл. Для механизации этих операций был разработан мобильный многофункциональный агрегат АВП-Ф-0,5, применение которого позволит сократить затраты ручного труда в 3-5 раз. Исполнителями данной работы были канд. техн. наук Залев-ский Ю.И. и Денисов В.А., инженер Шведов А.А. [13].
Для подготовки к использованию бесподстилочного навоза в регионах, имеющих дефицит влагопоглощающих материалов, в результате теоретических и экспериментальных исследований обоснована технология биотермической стабилизации, не имеющая зарубежных и отечественных аналогов. В основу технологии заложена активизация биологических процессов за счет воздействия на исходный навоз электромагнитных явлений. С этой целью навоз предварительно обрабатывается в аппаратах вихревого слоя с одновременным введением в него различных компонентов. Основными исполнителями данного направления работ являлись канд. техн. наук Вершинин Н.П., инженеры Голубцов В.А. и Черняев Ю.В.
В 2005 году учеными отдела с участием специалистов других НИИ на основании обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований опыта эксплуатации различных систем утилизации навоза были изданы «Рекомендации по системам удаления, транспортирования, хранения и подготовки к использованию навоза для различных производственных условий и климатических зон», содержащие методический и нормативно справочный материал по указанной проблеме. «Рекомендации...» могут быть основой для разработки эффективных систем по экологически безопасному использованию навоза [14].
Анализ существующих технологий производства компостных смесей на основе навоза показал, что значительно повысить их эффективность возможно за счет совмещения ряда операций. В частности, предложено производить компостные смеси в процессе уборки навоза из помещений.
Особенность предложенной технологии состоит в том, что в поперечный канал одновременно с навозом дозированно подается влагопоглощающий материал. При этом отпадает необходимость в промежуточном хранении навоза, следовательно, при производстве компостов не менее чем в два раза сокращается количество выполняемых операций, энергоемкость процесса; себестоимость производства снижается в 1,5-2,0 раза, обеспечивается круглогодичное ритмичное производство органических удобрений. Результаты выполненных исследований использованы при разработке ряда экспериментальных проектов (совхоз «Вилговский» и агрофирма им. Зайцева, республика Карелия), совместно с НИПИагропромом разработаны два типовых проекта для свиноферм на 6 и 12 тыс. голов.
Для решения проблемы утилизации жидкого навоза и стоков институтом был разработан целый ряд (более 15) экспериментальных проектов, предусматривающих механическое разделение исходного навоза на фракции, биотермическую стабилизацию твердой фракции в секционных хранилищах, каран-тинирование жидкой фракции с последую-
щим использованием ее в системах орошения. Ответственными исполнителями этих работ являлись: д-р техн. наук Гриднев П.И., канд. техн. наук Кусембеков Р.Х., инженеры Русскин В.И. и Еремин А.М. Указанные проекты были реализованы в хозяйствах Воронежской области (МХП «Маяк», МХП «Юбилейное», совхозы «Спутник» и «Алей-никовский»), Омской области (совхоз «Таврический»), Алтайского края (МХП «Прут-ское») и т. д.
Дальнейшее совершенствование технологий на основе механического разделения навоза на фракции видится в создании отечественного образца установки прессующего типа (рис. 2).
Рис. 2. Сепаратор прессующего типа
Результаты исследований, выполненных на экспериментальном образце установки, показали, что предлагаемые технические решения обеспечивают эффективность разделения навоза на фракции по сухому веществу не менее 55%, энергоемкость процесса на уровне 0,15-0,2 кВт-ч/т. По стоимости отечественная установка будет дешевле зарубежных аналогов не менее чем в 5-6 раз при тех же показателях по качеству выполнения технологического процесса [15].
В 1986 году под руководством канд. с.-х. наук Краснова А.М. были завершены исследования по созданию комплекса машин и оборудования для подготовки, транспортировки и внутрипочвенного внесения жидких органических и органоминеральных удобрений на базе АВМ-Ф-2,8, применение которого позволило повысить урожайность много-
летних трав на 10-15% по сравнению с поверхностным внесением.
Начиная с девяностых годов прошлого столетия, ученые отдела уборки и подготовки навоза к использованию канд. техн. наук Пуговкина Н.И., Гриднева Т.Т., Хрупов А.П., инженер Хрупова Т.Н. активно выполняли исследования по созданию механизма, позволяющего для каждого конкретного объекта по производству продукции животноводства выбрать оптимальные технологические и технические решения по системе утилизации навоза.
В качестве критерия оптимизации было предложено использовать величину - минимум затрат на внесение потребного количества питательных элементов и органики на единицу площади под планируемую урожайность, при обязательном соблюдении требований по защите окружающей среды от загрязнения.
В результате этих исследований была разработана экономико-математическая модель систем «навоз-органическое удобрение-поле», пакет программ, подготовлена база данных, используя которые представляется возможным объективно оценить все возможные варианты систем уборки навоза, подготовки его к использованию и внесения в почву.
В целом за годы деятельности отдела уборки и подготовки навоза к использованию в результате теоретических и экспериментальных исследований установлены закономерности функционирования: гидравлических систем транспортирования навоза; транспортирования навоза шнеками, скреперами различной конструкции, штанговым транспортером; механических и гравитационных систем разделения навоза на фракции; различных систем производства компостных смесей, в т. ч. в процессе уборки навоза из помещений; биотермической стабилизации навоза с активизацией процесса за счет воздействия электромагнитных колебаний; биологической очистки жидкой фракции навоза с использованием аппаратов вихревого слоя и отходов цементного производства.
Результаты исследований многократно использовались при разработке: норм и ме-
тодических рекомендаций по технологическому проектированию систем уборки и подготовки навоза к использованию (ОНТП-17-86, НТП-17-99); типовых и экспериментальных проектов предприятий по производству продукции животноводства и цехов подготовки навоза к использованию; стратегии машинно-технологического обеспечения производства продукции животноводства до 2010 года и стратегии машинно-технологического обеспечения производства продукции животноводства на период до 2020 года; технологических требований к новым техническим средствам в животноводстве; систем технологий и машин для животноводства на различные периоды и других нормативно-справочных документов.
Следует отметить, что в настоящее время сотрудники института располагают всеми необходимыми знаниями для решения проблемы уборки и подготовки навоза к использованию применительно к любому животноводческому объекту с учетом особенностей зоны его расположения.
Однако внедрение в производство экологически безопасных систем утилизации навоза сдерживается из-за отсутствия нормативно-правовых актов, стимулирующих мероприятия по защите окружающей среды от загрязнения, повышению плодородия почв и производству экологически чистой продукции.
Дальнейшее развитие систем утилизации навоза должно предусматривать углубление экологизации производства продукции животноводства на основе максимального использования его в качестве сырья для производства органических удобрений. Целесообразно увеличить производство подстилочного навоза, в т. ч. на глубокой подстилке.
Необходимо создать технологии и комплекты технических средств для внесения подстилки в стойла и уборки подстилочного навоза из помещений.
При бесподстилочном содержании животных исключить возможность попадания в навоз технологической воды, предусмотреть возможность внесения в навоз специальных добавок, снижающих выделение из него
вредных газов и сокращающих потерю питательных элементов.
Технические средства для уборки бесподстилочного навоза должны работать в автоматическом режиме, обеспечивая требования по системе микроклимата в помещениях для содержания животных.
Наиболее важным направлением исследований по подготовке бесподстилочного навоза к использованию может быть производство на его основе комплексных органо-минерально-бактериальных удобрений.
Необходимо разработать технологии и комплекты технических средств для хранения всех типов навоза, исключающих возможность попадания в него ливневых и талых вод, промерзания и фильтрации его в грунтовые воды, с обеспечением механизации всех процессов подготовки бесподстилочного навоза к использованию и выгрузки готовых органических удобрений.
В организационном плане необходимо в законодательном порядке исключить возможность строительства и функционирования предприятия по производству продукции животноводства на территории, не имеющей в достаточном количестве площадей для утилизации всего объема накапливаемого навоза. Каждое предприятие должно иметь четкий план размещения всех объектов по приему, хранению, переработке навоза и график использования продуктов переработки. Только при таком подходе представляется возможным сохранить окружающую среду для будущих поколений.
Литература:
1. Зволинский В.П., Хомяков Д.М. Земледелие и динамика агроландшафтов, М.: МГУ, 1999. 158 с.
2. Ресурсный потенциал и техническое обеспечение технологических процессов производства и применения органических удобрений / Еськов А.И. [и др.] // Механизация обработки почвы, посева и применения удобрений: Науч. тр. ВИМ. М., 2000. Т. 131. С. 188.
3. Минеев В.Г. Органические удобрения в интенсивном земледелии. М.: Колос, 1984. 303 с.
4. Зволинский В.П. Правда всегда одна: Российская деревня на историческом переломе. М., 1996 . 252 с.
5. Гриднев П.И., Гриднева Т.Т. Основные направления совершенствования технологий и технических средств для
уборки навоза из помещений и подготовки его к использованию // Техника и оборудование для села. 2012. №3. С. 20.
6. Лукьяненков И.И. Перспективные системы утилизации навоза. М.: Россельхозиздат, 1985. 174 с.
7. Лев МА, Лебедев П.М., Шведов АА. Установка для разделения навоза на жидкую и твердую фракции // Вопросы механизации, технологии и строительства в животноводстве. Подольск, 1978. Т. 12. С. 89-94.
8. Залевский Ю.И., Митяшин М.П. Исследование высоконапорного насоса для навоза // Совершенствование механизации технологий уборки и переработки навоза: Труды ВНИИМЖ. Подольск, 1991. С. 39-46.
9. Кудрявцев В.И., Костюков С.И. Результаты испытаний закольцованной системы удаления навоза // Совершенствование механизации технологий уборки и переработки навоза. Подольск, 1991. С. 34-39.
10. Результаты испытаний комплекта шнековых транспортеров для уборки навоза / М.П. Митяшин [и др.] // Совершенствование механизации технологий уборки и переработки навоза. Подольск, 1992. Т. 1. С. 10.
11. Автоматизированная система уборки навоза из помещений при беспривязном содержании животных / П.И. Гриднев [и др.] // Сб. науч. тр. / ГНУ ВНИИМЖ. 2008. Т.18, ч. 4. С. 93-98.
12. Гриднев П.И., Гриднева Т.Т. Исследование процесса уборки навоза штанговым транспортером с автоматизированной системой управления // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №4. С. 109-112.
13. Залевский Ю.И. Обоснование параметров и режимов работы агрегата для внесения подстилки / Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства. Подольск, 2000. Т. 9. С. 161-168.
14. Рекомендации по системам удаления, транспортирования, хранения и подготовки к использованию навоза для различных производственных условий и климатических зон / Н.М. Морозов [и др.]. М.: Росинформагротех, 2005. 180 с.
15. Гриднев П.И., Гриднева Т.Т., Шведов АА. Закономерности процесса разделения на фракции в установках прессующего типа // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №1. С. 70-73.
Scientific basis for improvement of environmentally sound, energy-saving systems, cleaning and preparation of manure the use of P.I. Gridnev, T.T. Gridneva
The analysis of the preconditions set the direction of cleaning and manure production based on its organic fertilizers. Presents works executed department staff for the entire period of its activity, including new work needed as a result ofadvanced technology pet. Keywords: soil fertility, organic fertilizers, and gid-rosmyvnoe gravity flow manure removal, screw conveyors, belt conveyors with a hydraulic drive and automatic control system.
