CC BY
17
УДК 631.3: 636
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ МАШИННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ УБОРКИ НАВОЗА ИЗ ПОМЕЩЕНИЙ И ПОДГОТОВКИ ЕГО К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
П.И.Гриднев Т.Т.Гриднева
Обоснованы подходы к решению проблемы утилизации навоза. Сформированы основные требования к технологиям уборки и подготовки навоза к использованию. Представлены технические средства технологии, разработанные в институте и наиболее полно отвечающие этим требованиям. Ключевые слова: автоматизированные скреперные установки, штанговые транспортёры, гидравлические и механические системы удаления навоза, компостирование, биотермическая стабилизация навоза.
Мировой и отечественный опыт развития технологий и технических средств для уборки и подготовки навоза к использованию однозначно свидетельствует о том, что создать экологически безопасную высокоэффективную систему утилизации навоза возможно только при использовании его в качестве сырья для производства органических удобрений. Все остальные известные на сегодняшний день направления утилизации навоза требуют значительных капитальных и эксплуатационных затрат, не обеспечивают экологическую безопасность производства продукции животноводства, соблюдение требований по сохранению плодородия почв. Рассматривая навоз как сырье для производства органических удобрений, необходимо учитывать при привязке конкретного животноводческого предприятия к природно-климатическим особенностям зоны расположения. Каждое животноводческое предприятие должно иметь необходимые площади пашни для утилизации навоза. Учитывая, что допустимая доза внесения органических удобрений определяется по выносу питательных веществ биологическим урожаем, величина данного показателя определяется исходя из планируемой урожайности возделываемой культуры с учетом неизбежных потерь при внесении органических удобрений. При таком подходе к решению проблемы утилизации навоза основная масса питательных элементов приходится на экскременты животных, естественная влажность которых находится на уровне 85-88%. Отсюда и формируется основное требование к технологиям уборки навоза из помещений - минимальное разбавление экскрементов животных в смеси с подстилкой и потерями кормов технологической водой. Существующие технические средства для уборки навоза с разной степенью эффективности справляются с поставленной задачей. Совершенствование их должно идти по пути сокращения объема выполняемой работы за счет оптими-
зации пути транспортирования навоза внутри помещения до точки выгрузки, сокращения энергоматериалоемкости процесса уборки навоза, повышения надежности выполнения процесса, обеспечения возможности работы в автоматическом режиме по заданной программе. Наиболее полно этим требованиям отвечают созданная в институте скреперная установка и находящийся в стадии производственных испытаний штанговый транспортер [1]. Привод рабочих органов в этих технических средствах осуществляется гидроцилиндром, что позволяет от одной гидравлической станции приводить в движение до четырех контуров. Процесс уборки навоза, как из открытых каналов, так и перекрытых решетками, этими техническими средствами осуществляется в автоматическом режиме по заранее заданной программе. При этом навоз транспортируется к месту выгрузки кратчайшим путем. Скреперные установки рекомендуются к применению при беспривязном содержании животных, допускается использование подстилки в виде опилок, торфа, измельченной соломы. Штанговые транспортеры планируется использовать при привязном содержании КРС, а также в свиноводстве взамен шнековых транспортеров и транспортеров типа ТСН всех модификаций. Еще одним важным направлением совершенствования технических средств для уборки навоза является создание принципиально нового транспортера, исключающего процесс волочения при транспортировании навоза по каналам и возможность перегрузки тягового контура в силу работы по принципу порционной уборки.
Совершенствование гидравлических систем уборки навоза должно идти по пути оптимизации параметров каналов, создания надежных запорных устройств, исключающих утечку технологической воды и жидкой фракции навоза из навозонакопительных каналов, обоснования рационального периода накопления навоза в каналах в зависимости от рационов кормления и половозрастных групп животных.
При механических системах уборки подстилочного навоза из помещений транспортировку его к месту хранения или переработки следует осуществлять мобильными агрегатами или стационарными пневматическими типа УТН-Ф-20, УТН-Ф-10. Для транспортирования бесподстилочного навоза к местам хранения или переработки следует использовать насосы НЖН-Ф-200А, НЦИ-Ф-100, НЦН-Ф-100/30, НЦН-Ф-80/30, НЦВ-Ф-2.
Из технологий подготовки навоза к использованию наибольшее распространение в России и во многих странах Европы получили: компостирование; гомогенизация, естественное и механическое разделение навоза на фракции, биологическая очистка жидкого навоза и стоков [2, 3].
Компостированию подвергаются подстилочный и полужидкий бесподстилочный навоз, удаляемый из помещений механическими средствами, а также твердая фракция, получаемая после разделения жидкого навоза.
В России большое распространение получили технологии компостирования на открытых площадках бульдозерами, погрузчиками непрерывного дей-
ствия, мобильными агрегатами с боковой выгрузкой навоза, требующие высоких капитальных и эксплуатационных затрат. Кроме того в этих технологиях не соблюдаются экологические требования, качество получаемого компоста низкое.
Перспективной технологией, устраняющей недостатки существующих, следует считать разработанные в ГНУ ВНИИМЖ технологию и комплект оборудования для получения компостной смеси в процессе уборки навоза из животноводческих помещений, обеспечивающей эффективное производство органических удобрений и более полное использование удобрительных ресурсов навоза [2]. При ее применении обеспечивается круглогодичное производство компостной смеси с дозированной подачей компонентов, регулируемым качеством смешивания и получение высококачественной компостной смеси на выходе из животноводческого помещения. При этом в два раза сокращается количество выполняемых операций, энергоемкость процесса и издержки производства компостов снижаются в 1,5...2,0 раза, отпадает необходимость в строительстве дорогостоящих навозохранилищ, обеспечивается ритмичное круглогодичное производство органических удобрений, создаются условия для экологически безопасного производства органических удобрений, на 20.25% увеличивается количество и улучшается качество производимых удобрений.
Учитывая, что процесс биотермической стабилизации в буртах достаточно длителен по времени (2.3 месяца и более) и протекает не всегда эффективно из-за недостатка кислорода в компостной смеси, имеются разработки по сокращению сроков биотермического созревания до 7-10 суток за счет интенсивного насыщения компостной смеси кислородом воздуха. При этом готовый продукт является ценным экологически чистым органическим удобрением, качественные характеристики которого значительно выше, чем у компоста, полученного традиционным способом. Технология аэробной ферментации органических отходов животноводства прошла успешную апробацию на ряде животноводческих объектов России и стран СНГ. При этом используются как технология американской фирмы «В^егт», так и отечественные [4, 5, 6].
Однако при использовании данной технологии расход влагопоглощаю-щих материалов в 4.5 раз больше, чем при обычном компостировании. Поэтому ее целесообразно использовать в хозяйствах, обеспеченных в достаточном количестве влагопоглощающими материалами и имеющих спрос на дорогое, но высококачественное органическое удобрение.
При дефиците влагопоглощающих материалов подготовку навоза к использованию целесообразно осуществлять путем биотермической стабилизации. Принципиальная схема предлагаемой технологии разработана на основе исследований ГНУ ВНИИМЖ, ГНУ СЗНИИМЭСХ и других НИИ [1, 3]. Исходный навоз при этом последовательно проходит через измельчитель органических включений, аппарат вихревого слоя и подается в камеру стабилизации, где нормировано насыщается кислородом воздуха. Интенсивность подачи воз-
духа должна быть в пределах 0,4... 0,5 л/мин.кг.с.в., влажность навоза 90... 95%, доза суточной загрузки 10.20%. Ограждающие поверхности танка для биотермической стабилизации навоза должны иметь теплоизоляцию, обеспечивающую потери теплоты в окружающую среду не более 10% от теплоты разложения беззольного вещества.
В природно-климатических зонах России с минимальной температурой не ниже минус 15°С, где одновременно с производством из навоза высокока-чесвтенных органических удобрений возникает необходимость производства из него биогаза, целесообразно применять технологию анаэробного сбраживания, разработанную учеными и специалистами ГНУ ВИЭСХ, ГНУ ВНИИМЖ, ВНИИКОМЖ и других НИИ.
По предлагаемой технологии исходный навоз предварительно нагревается до температуры выбранного режима переработки и подается в камеру сбраживания. Под воздействием анаэробных микроорганизмов в камере сбраживания протекает процесс разложения беззольного вещества с выделением биологического газа, содержащегося до 65. 70% метана. Выделившийся биологический газ собирается в газгольдер и затем используется для поддержания температуры сбраживания и на технологические нужды животноводческого предприятия. Оптимальная влажность исходного навоза для сбраживания 90. 92%, доза суточной загрузки - 12.15%, кислотность навоза должна быть нейтральной. При этих режимах за время сбраживания достигается 30.35-процентная степень распада беззольного вещества. Удобрительные свойства сброженного навоза, по сравнению с исходным, за счет увеличения доли азота в аммиачной форме, повышаются.
Прибавка урожая сельскохозяйственных культур достигает 17.25%. На осуществление процесса расходуется до 50% получаемого биогаза. Предлагаемая технология позволяет, по сравнению с ранее известными, в 1,7.2,0 раза сократить капитальные и эксплуатационные затраты, снизить энергоемкость процесса на 25. 40%, трудозатраты - в 1,5.1,7.
При гидравлических системах уборки подготовку жидкого навоза и стоков к использованию рекомендуется осуществлять путем механического разделения на фракции, в том числе, с использованием фильтрующих центрифуг производительностью до 80 т/ч, созданных ГНУ ВНИИМЖ.
Эта технология особенно эффективна в регионах и хозяйствах, применяющих жидкую фракцию в системах орошения.
После разделения исходного навоза на фракции твердая фракция подвергается биотермическому созреванию, а жидкая - проходит карантинирование и, в случае отсутствия эпизоотии, может быть использована в системах орошения.
В регионах с высоким уровнем стояния грунтовых вод, не допускающих использование жидкой фракции в системах орошения на существующих комплексах, рекомендуется к применению технология биологической очистки, которая применима только на свиноводческих предприятиях.
Для повышения эффективности работы аэротенков и в целом биологической очистки ГНУ ВНИИМЖем предложена усовершенствованная технология глубокого выделения взвешенных веществ из жидкой фракции навоза, основанная на использовании отходов цементного производства и активизации биологических процессов за счет воздействия магнитных полей.
Жидкая фракция, прошедшая биологическую очистку, может быть использована при рециркуляции для заполнения навозных каналов или, при необходимости, сбрасываться в открытые водоемы.
Предлагаемые технологии и технические средства для подготовки к использованию жидкого навоза и стоков, по сравнению с известными, позволяют в 1,3.1,7 раза сократить капитальные и эксплуатационные затраты, увеличить количество выделяемых сухих веществ на 25.40%, снизить энергоемкость процесса на 30,0.58,0%, затраты труда - до 40%. В очищенной жидкой фракции ХПК составляет не более 360 мг/л. Выбор технологических и технических решений по системе уборки и подготовки навоза к использованию должен производится для каждого конкретного животноводческого предприятия с учетом природно-климатических особенностей зоны его расположения, структуры севооборота, имеющихся ресурсов, при условии строгого соблюдения требований по экологической безопасности производства и сохранению плодородия почв. Методика обоснования оптимальных технологических и технических решений изложена в ряде публикаций [2, 3].
В заключение следует отметить. Что имеющиеся отечественные разработки позволяют решить проблему утилизации навоза на основе производства органических удобрений.
На первом этапе для создания экологически безопасных предприятий по производству продукции животноводства необходима Государственная поддержка на реализацию мероприятий по защите окружающей среды от загрязнения, по сохранению и увеличению плодородия почв.
На вновь строящихся объектах из-за высоких затрат на строительство и эксплуатацию, из-за сложности управления процессами биологической очистки применение подобных технологий нецелесообразно.
Дальнейшие исследования по проблеме уборки и подготовки навоза к использованию должны быть направлены на разработку новых принципов построения экологически безопасных систем уборки и подготовки навоза к использованию, научных основ проектирования технологий и комплексов машин нового поколения, типовых решений и новых многофункциональных технических средств для технологического и технического переоснащения систем уборки и подготовки навоза к использованию, обеспечивающих сокращение потерь питательных элементов на 50.70%, номенклатуры технических средств - в 2.3 раза, энергоемкости и материалоемкости процессов - в 1,5.2,0 раза, потребность в минеральных удобрениях - на 30.40%, повысить эффективность использования удобрений в 1,3.1,7 раза, предотвратить загрязнение
окружающей среды. Расчеты показывают. Что применение удобрений нового поколения позволит в условиях России обеспечить дополнительное производство 18.20 миллионов тонн зерна в год.
Литература:
1.Гриднев, П.И. Основные направления совершенствования технологий и технических средств для уборки навоза из помещений и подготовки его к использованию / П.И.Гриднев, Т.Т.Гриднева // Техника и оборудование для села.- 2012. - Т.3.- С.20-24.
2. Гриднев, П.И. Повышение эффективности функционирования технологических систем подготовки навоза к использованию. - М.:Росинформагротех, 2000.- 80с.
3. Гриднев, П.И. Механико-технологическое обоснование эффективного функционирования технических систем подготовки навоза к использованию: Автореф. дис. д-ра техн. наук / П.И.Гриднев. - М., 1997.- 42с.
4. Афанасьев, В.Н. Обоснование и разработка технологий и технических средств для производства экологически безопасных, биологически активных удобрений на основе отходов животноводства и птицеводства: Диссертация д-ра техн. наук.- Санкт-Петербург-Пушкин, 2000.
5. Ковалев, Н.Г. Экспрессная биоферментация органического сырья при различных соотношениях навоза с торфом / Н.Г.Ковалев, Г.Ю.Рабинович, Э.М.Сульман // Вестник РАСХН-1999.- №5.- С.71-73.
6. Завражнов, А.И. Исследование аэрационного режима работы вертикальной компостирующей установки / А.И.Завражнов, В.В.Миронов // Сборник научных трудов / ГНУ ВНИИМЖ.- Подольск,2009.-Т.20, ч. 3.- С.155-165.
Гриднев Павел Иванович, доктор технических наук, зам. директора по научной работе
Гриднева Татьяна Трофимовна, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства Рос-
сельхозаадемии
Тел. 8(4967)67-99-67
E-mail: vniimzh@mail.ru
Based approaches to solving the problem of disposing of manure. Formed the basic requirements for clean technologies and prepare the manure for use. We present hardware technologies developed at the institute and best meet these requirements. Keywords: automated scraper set, rod belts, hydraulic and mechanical systems of manure removal, compost, manure biothermal stabilization.
