CC BY
30
Izvestiya Velikolukskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii. 2016; 4: 34-38. 11. Vtoryj V.F., Vtoryj S.V. Issledovaniya rabochih harakteristik pul'satora L02 INTERPULS [Performance investigation of L02 INTERPULS pulsator]. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2016; 10: 35-37.
12. Vtoryj V.F., Vtoryj S.V. Informacionnaya model' pul'satora doil'nogo apparata [Information model of the milking machine pulsator]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2015; 86: 182-190.
УДК 631.3 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10021
ОБОСНОВАНИЕ ТИПОРАЗМЕРНОГО РЯДА БАРАБАННЫХ БИОФЕРМЕНТАТОРОВ Р.А. Уваров
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП), Санкт-Петербург, Россия
В статье обозначены тенденции к внедрению новых, более интенсивных технологий содержания животных и птицы, а также новых технологий удаления навоза и помета из животноводческих помещений. Наибольший интерес представляет технология биоферментации навоза (твердой фракции) и помета в биоферментаторах. Использование барабанных биоферменаторов позволяет расширить сферу применения конечного продукта. Определена необходимость унификации конструкции биоферментаторов и обоснования типоразмерного ряда с привязкой к типовым хозяйствам агропромышленного комплекса. В качестве базиса для анализа рассмотрен АПК Ленинградской области. 46% животноводческих комплексов обладают поголовьем свыше 1000 коров. Среди свиноводческих предприятий 53% составляют комплексы с поголовьем менее 6000 голов. В птицеводстве распределение более равномерно, однако 31% составляют комплексы с поголовьем свыше 1 млн голов. Для каждой категории хозяйств определены выходы навоза/помета, а также рассчитано количество навоза/помета, который может быть использован для биоферментации. Ввиду того, что на большинстве рассмотренных предприятий навоз/помет производится в больших объемах (от 5,8 т/сут подходящей для ферментации фракции), наибольший интерес представляют биоферментационные установки производительностью 3, 6 и 9 т навоза/помета в сутки. Среди установок малой мощности наиболее востребованы установки производительностью 150 кг/ сут.
Ключевые слова: биоферментатор, производительность, типоразмерный ряд, навоз, помет.
Для цитирования: Р.А. Уваров. Обоснование типоразмерного ряда барабанных биоферментаторов // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 1 (94). С. 143-149.
SUBSTANTIATION OF TYPE AND SIZE RANGE OF DRUM BIO-FERMENTERS R.A. Uvarov
Federal State Budget Scientific Institution "Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production" (IEEP), Saint Petersburg
The article outlines the trends towards introduction of new, more intensive technologies for animal and poultry housing, as well as new technologies for animal and poultry manure removal from livestock buildings. The processing technology of animal/poultry manure (solid fraction) in bio-fermenters is of particular interest. The use of drum bio-fermenters makes it possible to expand the application scope of the final product. The need to unify the design of bio-fermenters and to substantiate their type and size range with reference to the typical farms of the agro-industrial complex was considered through the example of Leningrad Region. Here 46% of livestock complexes have a herd above 1000 cows. Among the pig rearing enterprises, 53% are the complexes with the pig stock below 6,000 animals. In poultry farming the stock distribution is more even; however, 31% are complexes with the stock exceeding 1 million head. For each category of farms, the animal/poultry manure outputs were calculated, and the amount of manure, which could be used for biofermentation, was estimated. Since on most enterprises examined, the animal/poultry manure is produced in large quantities (starting with 5.8 t/day of the fraction suitable for fermentation) the bio-fermentation installations with the throughput of 3, 6 and 9 tons of manure per day are of particular interest. Among low capacity installation, the most demanded plants are those of 150 kg/day.
Keywords: bio-fermenter, throughput, type and size range, animal manure, poultry manure.
беспривязную систему содержания и внедрение доильных залов: доля ферм с поголовьем свыше 1000 голов коров составила около 45%, что существенно выше, чем аналогичные значения в предыдущий период (29% и 31% в 2000 г. и 2007 г. соответственно) [2]. Изменение систем и способов содержания животных ведет к изменению систем удаления навоза, а следовательно, и самих свойств навоза.
В зависимости от технологии содержания животных на животноводческих комплексах образуется твердый, полужидкий и жидкий навоз, а также навозные стоки. С учетом этого, а также площадей земельных угодий, типа культур, задействованных в севообороте, и технической оснащенности предприятия применяют различные технологии утилизации навоза.
В ходе анализа экологически безопасных и экономически эффективных технологий утилизации навоза и помета установлено, наибольший предметный интерес
представляет технология биоферментации навоза (твердой фракции) и помета в биоферментаторах [3, 4]. Использование барабанных биоферментаторов позволяет добиться большего снижения влажности и повышения однородности материала в
Введение
В последние годы отечественное сельское хозяйство переживает
существенные изменения. Переход к интенсивному животноводству,
наметившийся со второй половины 90-х годов XX века, привел к увеличению продуктивности коров и сокращению их поголовья [1]. За 20 лет в Северо-Западном Федеральном округе средняя
продуктивность молочного животноводства увеличилась более чем в 2 раза: 2500 кг/гол в 1995 и 5700 кг/гол в 2015 (рис. 1).
Рис. 1. Изменение поголовья и продуктивности коров в СЗФО
С начала 2000-х годов, в регионе наблюдается устойчивая тенденция к укрупнению ферм КРС с переходом на
процессе переработки, тем самым расширяя сферу применения конечного продукта [5, 6].
Для успешного внедрения данных научно обоснованных средств переработки и использования навоза и помета необходима унификация конструкции биоферментаторов и обоснование типоразмерного ряда с привязкой к типовым хозяйствам агропромышленного комплекса [7]. Материал и методы В качестве базиса для обоснования типоразмерного ряда рассмотрен агропромышленный комплекс
Ленинградской области по состоянию на декабрь 2016 года. Градация предприятий проведена в соответствии с утвержденными нормами поголовья для животноводческих и птицеводческих предприятий. Число предприятий каждой категории определено при помощи инструментов Службы Федеральной статистики [1]. Определение выхода навоза для различных категорий хозяйств проведено при помощи ранее разработанной и апробированной методики [8]. При определении массы потенциально допустимого к переработке навоза и помета учтены способы содержания животных и влажность образуемого навоза/помета.
С учетом ранее проведенных исследований определены значения минимально и максимально допустимой
Структура отрасли животное
массы, при которых процесс биоферментации в установках барабанного типа протекает стабильно. Данные значения установлены в качестве критических: минимально допустимая масса - 200 кг (помет) и 300 кг (твердая фракция навоза КРС и свиного навоза); максимально допустимая масса - 36 т [9].
Результаты и обсуждение
В ходе анализа установлено, что наибольшее развитие в области получило молочное животноводство - 120 предприятий КРС; на втором месте свиноводческие комплексы - 15 предприятий; на третьем птицефабрики - 13.
Первым этапом работы стало определение пороговых значений
производимого навоза/помета для каждой категории хозяйств (Таблица 1). На основе экспериментальных данных установлено, что наибольшая скорость биоферментации наблюдается при влажности
перерабатываемого навоза/помета 50-65% [5, 9]. С учетом этого определено количество пригодного для ферментации навоза/помета. В качестве влажности исходного материала взято усредненное значение в зависимости от технологии содержания животных и степени распространения конкретных технологий в Ленинградской области [10].
Таблица 1
[ства Ленинградской области
Вид содержащихся животных Поголовье, гол. Выход навоза/помета в сутки, т Кол-во предприятий
Всего Для биоферментации Число %
Крупный рогатый скот (КРС), коров до 400 до 41,6 до 11,6 8 7
400-600 41,6 - 62,4 11,6 - 17,5 13 11
600-800 62,4 - 83,2 17,5 - 23,3 25 21
800-1000 83,2 - 104,0 23,3 - 29,1 18 15
свыше 1000 свыше 104,0 свыше 29,1 56 46
Свиньи до 6000 до 50,4 до 5,9 8 53
6000-12000 50,4 - 100,8 5,9 - 11,8 2 13
продолжение табл. 1
12000-24000 100,8 - 201,6 11,8 - 23,5 3 20
свыше 24000 свыше 201,6 свыше 23,5 2 13
Птицы до 300 тыс. до 39 3 23
300-500 тыс. 39 - 65 3 23
500-1000 тыс. 65 - 130 3 23
свыше 1000 тыс. свыше 130 4 31
В последние годы все большую популярность набирает мелкотоварное производство в личных подсобных и крестьянско-фермерских хозяйствах [11],
С учетом этого, а также ранее обоснованных критических значений массы определена минимальная и максимальная производительность - 75 кг/сутки и 9000 кг/сутки соответственно. Соотношение длины и диаметра учитывает сроки гарантированного обеззараживания
поэтому для определения нижних пределов границ перерабатываемого навоз/помета целесообразно рассмотреть и данную категорию хозяйств (табл. 2).
рассматриваемых видов навоза/помета [1214].
С учетом вышесказанного, определена потребность в биоферментационных установках заданной производительности в рассматриваемых категориях предприятий (табл. 3).
Показатель Сельскохозяйственное предприятие
КРС Свиньи Птицы
Поголовье животных на предприятии, гол. До 200 200400 400600 600-800 800-1000 До 3000 30006000 600012000 1200024000 до 1000 до 300000
Выход навоза, т/сут. 20,8 41,6 62,4 83,2 104 25,2 50,4 100,8 201,6 0,13 39
Выход твердой фракции, т/сут. 5,8 11,6 17,5 23,3 29,1 2,9 5,9 11,8 23,5
Объем биоферментатора, м3 49,23 49,23 73,85 73,85 49,23 73,85 49,23 24,62 49,23 49,23 49,23 73,85 0,92 18,46 55,38
Таблица 2
Структура мелкотоварного производства животноводческой продукции_
Вид содержащихся животных Поголовье, гол. Выход навоза/помета в сутки, т
Всего Для биоферментации
КРС (коровы) до 200 до 20,8 5,8
Свиньи до 6000 до 50,4 5,9
Птицы до 1000 до 0,13
Таблица 3
Востребованность биоферментационных установок конкретной производительности для
определенных категорий предприятий
продолжение табл. 3
Соотношение
диаметра 2,5/ 2,5/ 2,9/ 2,9/ 2,5/ 2,9/ 2,5/ 2/ 2,5/ 2,5/ 2,5/ 2,9 0,8/ 2/ 2,9/
биоферментатора 10 10 11,6 11,6 10 11,6 10 8 10 10 10 /11,6 2,4 6 8,7
к длине, D/L, м
Производительность биоферме- 6 6 9 9 6 9 6 3 6 6 6 9 0,15 3 9
нтатора, т/сут.
Кол-во
необходимых 1 2 2 2 1 2 2 1 1 2 1 2 1 1 4
биоферментаторов
При определении количества
необходимых биоферментационных
установок для различных категорий хозяйств учтено, что установка большей производительности имеет меньшую себестоимость, чем несколько установок более низкой производительности.
Выводы
В условиях наметившейся тенденции к внедрению новых способов содержания животных и удаления навоза/помета из животноводческих помещений требуются новые, более эффективные и экологически безопасные технологии утилизации навоза/помета. Одной из таких технологий является технология биоферментации в установках барабанного типа. Для успешного внедрения данной технологии проведено обоснование типоразмерного ряда с привязкой к типовым хозяйствам агропромышленного комплекса.
С учетом критических значений массы, при которых процесс биоферментации протекает стабильно, определены
предельные значения производительности биоферментационной установки:
минимальная - 75 кг/сутки, максимальная -9000 кг/сутки.
Ввиду того, что на большинстве рассмотренных предприятий навоз/помет производится в больших объемах (от 5,8 т подходящей для ферментации фракции), наибольший интерес представляют биоферментационные установки
производительностью 3, 6 и 9 т навоза/помета в сутки. Среди установок малой мощности наиболее востребованы установки производительностью 150 кг/ сутки.
В условиях Ленинградской области при внедрении на всех промышленных птицеводческих и животноводческих предприятиях технологии биоферментации навоза/помета в установках барабанного типа потребуется 9 установок
производительностью 3 т навоза/помета в сутки (1,48% от общего числа), 78 установок производительностью 6 т навоза/помета в сутки (12,85% от общего числа) и 520 установок производительностью 9 т навоза/помета в сутки (85,67% от общего числа).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Центральная база статистических данных Федеральной службы государственной статистики [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_ma
in/rosstat/ru/statistics/enterprise/economy/index. html (дата обращения 11.11.2017) 2. Суровцев В.Н., Никулина Ю.Н. Концентрация поголовья в молочном скотоводстве и проблемы ее оптимизации //
Молочное и мясное скотоводство. 2015. № 6. С. 2-6.
3. Уваров Р.А. Анализ технологий переработки твердого навоза и помета, адаптированных к условиям СевероЗападного Федерального округа // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. № 93. С. 133-146.
4. Брюханов А.Ю. Обеспечение экологической безопасности животноводческих и птицеводческих предприятий. Санкт-Петербург: ИАЭП, 2017. 296 с.
5. Уваров Р.А. Результаты исследования возможности рециклинга твердой фракции навоза КРС в подстилку // Инновации в сельском хозяйстве. 2015. № 5 (15). С. 174178.
6. Уваров Р.А. Эколого-экономическая эффективность применения технологии биоферментации // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. № 93. С. 164-173.
7. Ковалев Н.Г., Рабинович Г.Ю., Полозова В.Г. Научное обеспечение развития экологически безопасных систем переработки и использования навоза и помет // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2015. № 2 (18). С. 73-80.
8. Брюханов А.Ю., Шалавина Е.В., Васильев Э.В. Методика укрупненной оценки суточного и годового выхода навоза/помета //
Молочнохозяйственный вестник. 2014. № 1 (13). С. 78-85.
9. Уваров Р.А. Обоснование оптимальных параметров и режимов работы биоферментационной установки барабанного типа // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2017. № 3 (27). С. 152-158.
10. Брюханов А.Ю., Шалавина Е.В. Анализ образования и накопления животноводческих отходов в Ленинградской области // Экологические проблемы использования органических удобрений в земледелии. Владимир: ФГБНУ ВНИИОУ. 8-10 июля 2015. С.310-317.
11. Плаксин И.Е., Трифанов А.В. Развитие мелкотоварного производства животноводческой и птицеводческой продукции с применением технологических модулей // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2016. № 4 (24). С. 73-78.
12. Уваров Р.А. Биоферментация помёта в установках закрытого типа // Птицеводство. 2016. № 10. С. 53-56.
13. Uvarov R., Briukhanov A., Subbotin I., Shalavina E. Disinfection of Solid Fraction of Cattle Manure in Drum-Type Bio-Fermenter // Agronomy Research. 2017. Т. 15. № 3. С. 915920.
14. Shalavina E., Briukhanov A., Uvarov R., Vasilev E. Forming of Environmentally Friendly Technologies of Pig Manure Utilisation // Engineering for Rural Development Proceedings. 2017. С. 333-341.
REFERENCES
1. Central'naya baza statisticheskih dannyh Federal'noj sluzhby gosudarstvennoj statistiki [Central statistical database of the Federal State Statistics Service]. Available at: http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat ma in/rosstat/ru/statistics/enterprise/economy/index. html (accessed 11.11.2017)
2. Surovtsev V.N., Nikulina YU.N. Koncentraciya pogolov'ya v molochnom skotovodstve i problemy ee optimizacii. [Concentration of animal stock in dairy cattle farming and the problems of its optimisation]. Molochnoe i myasnoe skotovodstvo. 2015; 6: 26.
3. Uvarov R.A. Analiz tekhnologij pererabotki tverdogo navoza i pometa, adaptirovannyh k usloviyam Severo-Zapadnogo Federal'nogo okruga [Survey of solid animal and poultry manure processing technologies adapted to the North-West Federal District conditions]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017; 93: 133-146.
4. Briukhanov A.Yu. Obespechenie ehkologicheskoj bezopasnosti zhivotnovodcheskih i pticevodcheskih predpriyatij [How to provide environmental compatibility of livestock and poultry farms]. Saint Petersburg: IEEP, 2017: 296.
5. Uvarov R.A. Rezul'taty issledovaniya vozmozhnosti reciklinga tverdoj frakcii navoza KRS v podstilku [Investigation results of the possibility to recycle the solid fraction of cattle manure into the bedding]. Innovacii v sel'skom hozyajstve. 2015; 5 (15): 174-178.
6. Uvarov R.A. Ekologo-ehkonomicheskaya ehffektivnost' primeneniya tekhnologii biofermentacii [Environmental and economic efficiency of manure biofermentation]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017; 93:164-173.
7. Kovalev N.G., Rabinovich G.Yu., Polozova V.G. Nauchnoe obespechenie razvitiya ehkologicheski bezopasnyh sistem pererabotki i ispol'zovaniya navoza i pomet [Scientific support for the development of environmentally friendly animal/poultry manure processing systems]. Vestnik Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizacii zhivotnovodstva. 2015; 2 (18): 73-80.
8. Briukhanov A.Yu., Shalavina E.V., Vasil'ev E.V. Metodika ukrupnennoj ocenki sutochnogo i godovogo vyhoda navoza/pometa [Methodology of integrated estimation of daily and annual output of animal/poultry manure].
Molochnohozyajstvennyj vestnik. 2014; 1 (13): 78-85.
9. Uvarov R.A. Obosnovanie optimal'nyh parametrov i rezhimov raboty biofermentacionnoj ustanovki barabannogo tipa [Substantiation of optimal parameters and operation modes of drum biofermenters]. Vestnik Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizacii zhivotnovodstva. 2017; 3 (27): 152-158.
10. Briukhanov A.YU., Shalavina E.V. Analiz obrazovaniya i nakopleniya zhivotnovodcheskih othodov v Leningradskoj oblasti [Analysis of generation and accumulation of livestock waste in Leningrad Region]. Proc. Int. Sc. Prac. Conf. "Environmental problems of organic fertilizer use in agriculture". Vladimir: FGBNU VNIIOU, 2015: 310-317.
11. Plaksin I.E., Trifanov A.V. Razvitie melkotovarnogo proizvodstva zhivotnovodcheskoj i pticevodcheskoj produkcii s primeneniem tekhnologicheskih modulej [Development of small-scale production of livestock and poultry products using technological modules]. Vestnik Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizacii zhivotnovodstva. 2016; 4 (24): 7378.
12. Uvarov R.A. Biofermentaciya pomyota v ustanovkah zakrytogo tipa [Biofermentation of poultry manure in closed installations]. Pticevodstvo. 2016; 10: 53-56.
13. Uvarov R., Briukhanov A., Subbotin I., Shalavina E. Disinfection of Solid Fraction of Cattle Manure in Drum-Type Bio-Fermenter. Agronomy Research. 2017; 15; 3: 915-920.
14. Shalavina E., Briukhanov A., Uvarov R., Vasilev E. Forming of environmentally friendly technologies of pig manure utilisation. Proc. 16f Int. Sc. Conf. "Engineering for Rural Development". 2017; 16: 333-341.
