CC BY
50
УДК 631.333
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА ПУТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ АДАПТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ С УЧЕТОМ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КРИТЕРИЯ
А.Ю. Брюханов, кандидат технических наук, доцент, заведующий отделом Э.В. Васильев, научный сотрудник
ФГБНУ «Институт экологических проблем сельскохозяйственного производства» E-mail: sznii6@yandex.ru
Аннотация. В статье представлен алгоритм выбора машинных технологии для биоконверсии навоза/помета с целью получения высокоэффективных продуктов в виде органических удобрений на основе комплексной технико-экономической и экологической оценки всех операций, начиная с уборки навоза/помета из мест содержания животных/птицы и заканчивая готовыми продуктами (органическим удобрением). Основными критериями оценки для выбора машинных технологий были приняты удельные капитальные и удельные эксплуатационные затраты в расчете на 1 тонну получаемого органического удобрения, затраты на сохранение питательных веществ с учетом потерь на каждой стадии реализации различных машинных технологий биоконверсии отходов животноводства. Оценка технологий по удельным показателям дает возможность получить количественные показатели при обеспечении безотходной переработки навоза/помета в органическое удобрение с соблюдением норм экологической безопасности. Производственный цикл биоконверсии отходов - вся совокупность технологических операций, прямо или косвенно связанных с биоконверсией отходов, начиная от погрузки навоза/помёта в месте образования и заканчивая реализацией или внесением органического удобрения в почву. Производственный цикл биоконверсии отходов состоит из технологических операций, которые по характеру воздействия на исходный материал были условно разделены на пять стадий: транспортировка; переработка (биоконверсия); хранение; внесение; вспомогательные операции. В статье также представлены результаты расчетов в соответствии с представленным алгоритмом трех технологий биоконверсии с различными влагопоглощающими материалами: технология активного компостирования на площадке, биоферментация в биоферментаторах барабанного типа, биоферментация в биоферментаторах камерного типа. Ключевые слова: обращение с навозом, экология, технология, алгоритм.
Основными отходами животноводства, оказывающими негативное воздействие на окружающую среду, являются образуемый навоз/помет, боенские отходы, павшие животные, абортированные и мертворожденные плоды. В соответствии с ветеринарно-сани-тарными правилами боенские отходы, павшие животные, абортированные и мертворожденные плоды подлежат утилизации в крематорах, поэтому в данной работе рассмотрены вопросы, связанные с отходами животноводства в виде навоза/помета, на основе которых может быть получен полезный продукт.
Выбор машинной технологии для биоконверсии навоза/помета с целью получения высокоэффективных продуктов в виде орга-
нических удобрений в каждом конкретном случае должен производиться на основе комплексной технико-экономической и экологической оценки всех операций, начиная с уборки навоза/помета из мест содержания животных/птицы и заканчивая готовыми продуктами (органическим удобрением) [1].
Основными критериями оценки для выбора машинных технологий являются удельные капитальные и удельные эксплуатационные затраты в расчете на 1 т получаемого органического удобрения, затраты на сохранение питательных веществ с учетом потерь на каждом этапе реализации различных машинных технологий биоконверсии отходов животноводства. Оценка технологий по удельным показателям дает возможность по-
лучить количественные показатели при обеспечении безотходной переработки навоза/ помета в органическое удобрение с соблюдением норм экологической безопасности [2].
Производственный цикл биоконверсии отходов состоит из технологических операций, которые по характеру воздействия на исходный материал условно разделены на пять стадий:
- транспортировка навоза/помета/органического удобрения;
- переработка (биоконверсия) навоза/помета;
- хранение навоза/помета/органического удобрения;
- внесение органического удобрения в почву;
- вспомогательные операции. Алгоритм принятия решений при выборе
машинных технологий биоконверсии отходов животноводства представлен на рисунке 1 [3,4,5].
Рис. 1. Алгоритм принятия решений при выборе машинных технологий биоконверсии отходов
животноводства
Рассмотрим порядок действий при выборе машинной технологии переработки помета для птицефабрики с общим поголовьем 284 тыс. голов.
Шаг 1. Определяется выход помета с птицефабрики [6]. Выход помета со всей птицефабрики рассчитывается по формуле:
о?• и1 -(1 - к1 у
1
1000
■ = 44,34п/поп.
На рассмотрение для сравнения приняты следующие машинные технологии переработки:
- технология активного компостирования на площадке (далее технология 1),
- биоферментация в биоферментаторах барабанного типа (далее технология 2),
- биоферментация в биоферментаторах камерного типа (далее технология 3).
Лоигпа! оГ УШТ^Н №4(20)-2015
163
Шаг 2. Определяются удельные экономические показатели и потери азота на стадии транспортировки помета от помещений до места переработки. Расчет удельных показателей ведется с учетом выхода помета за год.
Коэффициент загрузки К определяется по формуле:
К =-— = 0,82шт.
В1 ■ См
Из расчета следует, что необходимое количество техники - один трактор+прицеп. Капитальные затраты на оборудование рассчитываются:
2об = Е 2обг ■ П = 1600тью.ру б.
Удельные капитальные затраты на транспортировку 1 тонны навоза (УДК, тыс.руб/т) определяются по формуле:
УДК = = 0,099 тыс.руб/т
д ■ 365
Удельные эксплуатационные затраты УДЭ определяются как сумма затрат на амортизацию, затрат на ТР и ТО, заработной платы обслуживающему персоналу, затрат на электроэнергию, затрат на топливо:
Амортизация определяется по формуле:
2^ = 0,1 ■ 2об = 160 тыс.руб
Текущий ремонт и ТО определяются по формуле:
2Г = КТ ■ 2об = 148,8 тыс.руб
Заработная плата работникам Хз определяется по формуле:
25 = з ■ и ■ 12 = 360 тыс.руб
Затраты на электроэнергию Хэ определяются по формуле:
2э =Е■ П = 0
= эл ■ См ■ Дн К-г = 0 э 1000
Затраты на топливо Хтп определяются по формуле:
2ТП = Пм ■ Рт ■ См ■ Дн ■ $1ТОПЛ ■ Кг = 614,295 тыс.руб.
Удельные эксплуатационные затраты УДЭ определяются по формуле:
УДЭ = 2л + 2г + 2з + 2ТП = 0,068 тыс.руб/т 0 ■ 365
При транспортировке мобильным транспортом строительная часть отсутствует; к оборудованию относятся тракторы, прицепы.
Расчет потерь биогенов:
Ьп = N ■ П = 0,022т/сут
где Ь„ - потери азота на стадии транспортировки исходного помета до места переработки, т/сут; N - содержание азота в исходном помете, т/сут; п^ - коэффициент потерь на первой стадии.
Шаг 3. Определяются удельные экономические показатели и потери азота на стадии переработки помета. Расчет производится для каждой технологии отдельно.
При расчете учитываются затраты на постройку зданий, сооружений и покупку требуемого оборудования (капитальные затраты); эксплуатационные затраты рассчитываются аналогично затратам при транспортировке помета к месту переработки.
Шаг 4. Определяются удельные экономические показатели и потери азота на стадии хранения готового органического удобрения. Расчет помещения для хранения готового продукта ведется, исходя из объема полученного органического удобрения. Рассчитываются потери биогенов на стадии хранения.
Шаг 5. Определяются удельные экономические показатели и потери азота на стадии транспортировки готового органического удобрения на поля для внесения. Расчет ведется аналогично шагу 2 за исключением того, что 0 (масса образовавшегося помета за сутки) заменяется на У (масса готового органического удобрения).
Рассчитываются потери на стадии транспортировки готового органического удобрения.
Шаг 6. Определяются удельные экономические показатели на стадии внесения органического удобрения на поля. Следует принимать объем работы как массу готового органического удобрения, с учетом потерь на всех стадиях биоконверсии [7].
рации; 1йЬ- затраты на технические средства, необходимые для 1-й технологической операции; М№1- начальная масса азота общего перед полным циклом биоконверсии (на начало первой технологической операции); МнКор+1 - конечная масса азота общего после окончания полного цикла биоконверсии (после окончания последней технологической операции); Еру - эксплуатационные затраты на сохранение питательных веществ;
- эксплуатационные затраты для г-й технологической операции.
Сводная таблица результатов порядка выбора машинных технологий биоконверсии представлена в таблице. В таблице указаны полученные суммарные капитальные затраты, эксплуатационные затраты, рассчитана масса сохраненного азота в год. Определены удельные капитальные и эксплуатационные затраты на сохранение питательных веществ и рассчитаны удельные экономические показатели.
Таблица. Сводная таблица результатов порядка выбора машинных технологий
№ технологии Тип влаго-поглотителя Кап. затраты, тыс.руб. Экспл. затраты, тыс.руб./год Масса сохр. азота, т/год Удел. кап. затраты на сохр. азота, тыс.руб. Удел. экспл. затраты на сохр. азота, тыс.руб. /год УДК, тыс.руб. УДЭ, тыс.руб. /год
торф 30980,00 18399,00 146,76 211,09 125,36 1,91 1,14
1 опилки 22390,00 9643,20 103,71 215,88 92,98 1,38 0,60
солома 23110,00 9946,41 109,10 211,83 91,17 1,43 0,61
торф 67871,65 24993,02 231,57 293,09 107,93 4,19 1,54
2 опилки 47650,97 24066,90 163,65 291,18 147,07 2,94 1,49
солома 48262,97 24064,74 172,14 280,38 139,80 2,98 1,49
торф 60477,44 21174,14 214,33 282,17 98,79 3,74 1,31
3 опилки 55558,72 20248,02 151,46 366,82 133,69 3,43 1,25
солома 55450,72 20245,86 158,49 349,87 127,74 3,43 1,25
Шаг 7. Рассчитываются удельные капитальные и эксплуатационные затраты на сохранение питательных веществ при биоконверсии отходов животноводства:
к„„
Z(ZS1+ ZQ1+ Zdi)
K =
spv
i=1
K„
-z
i=1
1 -
M
N,,
M
N,
x M
N
Kn
Z E
Pg,
E™, =
MNl -Z
1 -
M
Nu
M
N
x M
N
где К5ру - капитальные затраты на сохранение питательных веществ; Кор - количество технологических операций во всем цикле биоконверсии; 75/ - затраты на сооружения, необходимые для г-й технологической операции; 2о1- затраты на оборудование, необходимые для г-й технологической опе-
В конце эксперт, исходя из сводной таблицы, принимает окончательное решение при выборе машинной технологии переработки отходов животноводства.
Как видно из таблицы, для птицефабрики с общим поголовьем 284 тыс. голов наиболее приемлемой технологией переработки помета в заданных условиях является технология активного компостирования с использованием соломы в качестве влагопоглощающего материала.
Литература:
1. Рекомендации по организации и проведению производственного экологического контроля систем переработки и использования навоза (помета) / Брюханов А.Ю. и др. СПб., 2012. 56 с.
2. Уваров Р.А., Слободянюк П.А. Анализ интенсивных технологий переработки навоза, помета // Перспективы инновационного развития агропромышленного комплекса и сельских территорий. СПб., 2014. С. 52.
3. Скиена С. Алгоритмы. СПб., 2011. 720 с.
4. Макконнелл Д. Анализ алгоритмов. Активный обучающий подход. М., 2009. 416 с.
5. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. М., 2010.
6. Брюханов А.Ю., Шалавина Е.В., Васильев Э.В. Методика укрупненной оценки суточного и годового
Journal of VNIIMZH №4(20)-2015
165
выхода навоза/помета // Молочнохозяйственный вестник. 2014. №1. С. 78-85.
7. Васильев Э.В. Результаты исследования поверхностного способа внесения жидкого органического удобрения в условиях Ленинградской области // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №4(8). С. 56-61.
Literatura:
1. Rekomendacii po organizacii i provedeniyu proizvod-stvennogo ehkologicheskogo kontrolya sistem pererabot-ki i ispol'zovaniya navoza (pometa) / Bryuhanov A.YU. i dr. SPb., 2012. 56 s.
2. Uvarov R.A., Slobodyanyuk P.A. Analiz intensivnyh tekhnologij pererabotki navoza, pometa // Perspektivy in-novacionnogo razvitiya agropromyshlennogo kompleksa i
sel'skih territorij. SPb., 2014. S. 52.
3. Skiena S. Algoritmy. SPb., 2011. 720 s.
4. Makkonnell D. Analiz algoritmov. Aktivnyj obuchayu-shchij podhod. M., 2009. 416 s.
5. Virt N. Algoritmy i struktuiy dannyh. M., 2010.
6. Bryuhanov A.YU., SHalavina E.V., Vasil'ev EH.V. Me-todika ukrupnennoj ocenki sutochnogo i godovogo vyho-da navoza/pometa // Molochnohozyajstvennyj vestnik. 2014. №1. S. 78-85.
7. Vasil'ev EH. V. Rezul'taty issledovaniya poverhnostno-go sposoba vneseniya zhidkogo organicheskogo udobre-niya v usloviyah Leningradskoj oblasti // Vestnik VNIIMZH. 2012. №4(8). S. 56-61.
THE ANIMAL WASTE PROCESSING EFFICIENCY THROUGH THE ADAPTIVE TECHNOLOGIES FORMATION TATING INTO
ACCOUNT ECOLOGICAL CRITERIA'S IMPROVING A.Y. Bruchanov, candidate of technical sciences, professor, department head E.V. Vasilyev, research worker
FGBNY "Institute of agriculture production ecological problems"
Abstract. The article presents the machine technology choice's algorithm for the manure/dung bioconversion with the purpose of obtaining highly efficient products in the organic fertilizers' form based on a complex techno-economic and ecological assessment of all operations, beginning with manure/dung clinging from the keeping of animals/birds to finished products (organic fertilizer). The main criteria of evaluation for machine technologies' choice were the unit capital and unit operating costs per 1 tonnne of produced organic fertilizer, the nutrients saving's cost, taking into account the losses of each stage implementation of animal waste byconversion's various machine technologies. Evaluation of technologies on specific indicators will enable to obtain quantitative indicators of organic fertilizer at manure/ding non-waste processing ensuring the environmental safety standards. The bioconversion producing cycle is the technological operations' aggregate directly or indirectly related to the waste bioconversion, beginning from the manure/ dung loading at the place of its generation and ending the implementation or organic fertilizers into the soil's application. The bioconversion producing cycle consists of technological operations, which on its impacts on the given material's traits were divided into five stages: transportation; processing (bioconversion); storage; introduction; support operations. The article also presents the results of calculations in accordance with represented algorithm three technologies of bioconversion with different moisture absorption's materials: technology active composting at the ground platform, biofermentation in biofermentator of drum type, biofermentation in biofer-mentators of chamber type.
Key words: manure management, ecology, technology, algorithm.
