CC BY
12
УДК 631.22
РАСХОД ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ДЛЯ УБОРКИ ДОИЛЬНОГО ЗАЛА ТИПА «ПАРАЛЛЕЛЬ»
В.В. Гордеев, канд. техн. наук; Р.М. Ильин;
Т.Ю. Миронова; В.Н. Миронов, канд. техн. наук
Т.И. Гордеева, канд. техн. наук;
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
В доильном зале удаление навоза осуществляется посредством мытья пола и загрязненных поверхностей. Для правильной оценки требуемых объемов навозохранилищ необходимо знать количество навозосодержащих стоков, образующихся в доильном зале. Мониторинг фактически расходуемого в доильном зале количества воды, поступающей впоследствии в систему навозоудаления, проводили при помощи электронных расходомеров, установленных непосредственно перед узлами подключения используемого оборудования (шланги, высоконапорные установки и т.п.) в хозяйстве, расположенном в Ленинградской области, со средним поголовьем дойного стада 596 голов и трехкратным доением. График работы в доильном зале трехсменный. В одну смену в доильном зале работало две бригады: одна - это операторы машинного доения, работающие в доильной яме; другая бригада была занята на уборке пола и стен. В статистическую обработку вошли данные за 85 дней с ноября 2020 г. по апрель 2021 г. Среднее общее количество воды, израсходованной в доильном зале, составило 14,45±1,6 м . Основное количество воды расходовалось в доильной яме и составляло в среднем 9,37±1,1 м3. Был определён среднечасовой расход воды для каждой бригады. Влияние человеческого фактора на выполняемый технологический процесс оценивали отдельно для каждой бригады в течение 10 рабочих дней. По результатам исследования оно может достигать 13%. Полученные результаты могут быть использованы при расчётах влажности получаемого навоза и общего количества воды, расходуемой на ферме.
Ключевые слова: навозосодержащие стоки, доильный зал, расход воды, мытье Для цитирования: Гордеев В В., Миронова Т.Ю., Гордеева Т.И., Ильин Р.М., Миронов В.Н. Расход водных ресурсов для уборки доильного зала типа «Параллель» // АгроЭкоИнженерия. 2021. № 4 (109). С. 117-125.
CONSUMPTION OF WATER RESOURCES FOR CLEANING "PARALLEL" MILKING
PARLOUR
V.V. Gordeev, Cand. Sc. (Engineering); R.A. Ilyn,
T.Yu. Mironova, V.N. Mironov, Cand. Sc. (Engineering)
T.I. Gordeeva, Cand. Sc. (Engineering);
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) -branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
In a milking parlour, the manure is generally removed by washing the floor and dirty surfaces. The correct estimation of the required capacity of manure storage facilities needs the exact quantity of manure-bearing wastewater coming from the milking parlour. The water actually consumed in the milking parlour, which subsequently entered the manure removal system, was monitored with electronic flow meters installed immediately prior to the connection points of the equipment used (hoses, high-pressure installations, etc.) in a farm located in the Leningrad Region, with an average stock of milking cows of 596 heads and three milkings per day. The work schedule in the milking parlour included three shifts. Two teams worked in the milking parlour in one shift: one was the operators working in the milking pit; the other team was busy cleaning the floor and walls. Statistical analysis included the data for 85 days from November 2020 to April 2021. The average total amount of water consumed in the milking parlour was 14.45 ± 1.6 m . The major water quantity was consumed in the milking pit and averaged 9.37 ± 1.1 m . The average hourly water consumption for each team was determined. The influence of the human factor on the performed technological process was assessed separately for each team within 10 working days. According to the study results, it can reach 13%. The results obtained can be used to calculate the moisture content of the manure produced and the total amount of water consumed on the farm.
Key words: manure-bearing wastewater, milking parlour, water consumption, washing
For citation: Gordeev V.V., Mironova T.Yu., Gordeeva T.I., Ilyn R.A., Mironov V.N. Consumption of water resources for cleaning "Parallel" milking parlour. AgroEkoInzheneriya. 2021. No. 4(109): 117-125. (In Russian)
Введение
С целью повышения эффективности производства молока современные сельхозпредприятия переходят на беспривязный способ содержания с доением коров в автоматизированных доильных залах.
В доильном зале удаление навоза, количество которого по различным оценкам составляет 1,6-3,0% от среднесуточного выхода [1; 2], осуществляется посредством мытья пола и загрязненных поверхностей. В большинстве хозяйств эти операции выполняют после каждой дойки. Стены и полы обычно очищают, ополаскивая водой с помощью шлангов под средним или высоким давлением, комбинируя при необходимости с чисткой щеткой [3]. Загрязнённая навозом вода представляет собой навозосодержащие стоки, которые, как правило, поступают в навозохранилище, где происходит их хранение (не менее 6 месяцев) перед внесением на поля. Для правильной оценки требуемых объемов навозохранилищ необходимо знать количество навозосодержащих стоков, образующихся в доильном зале.
Вода в доильном зале также может расходоваться на подмывание вымени у коров, но в современных хозяйствах используют одноразовые салфетки.
На количество воды, поступающей в систему навозоудаления из доильного зала, воздействуют многие факторы (рис. 1) [4].
Рис. 1. Факторы, влияющие на количество навозосодержащих стоков доильного зала
Согласно действующим российским нормативным документам количество навозных стоков, образующихся от одной головы на доильных площадках, составляет 20 л/сут. [2].
Из международных исследований наиболее близкие по рассматриваемой проблеме расхода воды для очистки доильного зала являются [5, 6, 7, 8], где приводятся данные для автоматизированного доильного зала и доильных залов «Елочка» и «Параллель».
В результате исследований, проведенных в одном из штатов США, установлено, что количество навозосодержащих стоков, образующихся в доильном зале, на одну корову составляет от 13,2 до 25,2 л в сутки [5]. Согласно другим исследованиям [6], проведенным на ферме с трёхразовым доением, расход воды при мытье пола из шланга составил 22,9 л/гол. в сутки. Расчётный объем образующихся стоков в доильном зале в зависимости от варианта размещения 1200 голов дойного стада, типа доильной установки и технологического решения доильно-молочного блока составляет 19,4-23,2 м /сут., т.е. 16,2-19,3 л/гол. в сутки при двухразовом доении [9].
Проведенные нами теоретические исследования [10] позволяют определить на этапе проектирования выход навозосодержащих стоков доильных залов и объемы навозохранилищ. Однако все расчёты были основаны на действующих нормативных документах и требуют уточнений.
Цель работы - мониторинг фактически расходуемого в доильном зале количества воды, образующей навозосодержащие стоки доильного зала и поступающей впоследствии в систему навозоудаления.
Материалы и методы
Мониторинг проводили в одном из хозяйств Ленинградской области с трехкратным доением на установке типа «Параллель 2х20». Общее поголовье дойного стада - 663 коровы, из которых 522 - доится 3 раза, 81 - 2 раза и 60 - 1 раз в сутки. Для очистки вымени у коров перед доением используют одноразовые салфетки. График работы в доильном зале трехсменный. В одну смену в доильном зале работает две бригады: одна - операторы машинного доения, работающие в доильной яме, другая - занимается мытьём пола и стен.
Операторами машинного доения вода расходовалась для мытья пола и стен доильной ямы, наружной части доильных аппаратов, смыв с пола экскрементов под коровами в доильных постах. Также операторы машинного доения контролировали автоматический смыв подхвостового защитного лотка доильной установки после доения каждой группы животных.
Уборка преддоильной площадки и доильного зала выполнялась после каждой дойки с использованием высоконапорных установок Karcher HD 6/15 C. Экскременты с пола преддоильной площадки счищались лопатой в навозный канал после каждой группы животных. Предварительный смыв больших загрязнений и/или замачивание пола, стен преддоильной площадки, доильного зала, скотопрогонов и санитарной зоны осуществлялся из шланга D 20 мм. Площадь мытья, включая скотопрогоны: доильного зала - 255 м , преддоильной площадки и санитарной зоны на выходе из доильного зала - 267м2. Пол по конструкции - сплошной бетонный, покрытый резиновыми ковриками.
В доильном зале 3 раза в неделю проводят обработку копыт. Для этого выход из доильного зала оборудуют ванной объёмом 200 л, смену раствора осуществляют 4 раза за одну обработку всего поголовья. Использованный раствор объёмом 800 л поступает в навозосодержащие стоки.
Определение количества воды, используемой для мытья пола и загрязненных навозом поверхностей в доильном зале, поступающей впоследствии в систему навозоудаления, осуществлялось при помощи электронных расходомеров Пульсар М ДУ-15 (Россия), установленных непосредственно перед узлами подключения используемого оборудования. Показания расходомеров фиксировались каждый час в автоматическом режиме с записью во внутреннюю память. Пределы допускаемой относительной погрешности измерений 2-5%. В обработку вошли данные за 85 дней с ноября 2020 г. по апрель 2021 г. Влияние человеческого фактора оценивали отдельно для каждой бригады в течение 10 рабочих дней. Так как продолжительность смен разная, определяли среднечасовой расход воды для каждой бригады. Для получения статических средних значений и построения диаграмм использован пакет Microsoft Office Excel 2007.
Результаты и обсуждение
Через доильный зал проходит за утреннюю дойку - 663 гол., за дневную - 522 гол., вечернюю - 603 гол., т.е. среднее поголовье дойного стада составляет 596 голов. За время проведения мониторинга общий суточный расход воды в доильном зале изменялся от 11,3 до
3 3
17,5 ми в среднем составил 14,45±1,6 м (рис. 2).
Расход воды, m3
9 6
3
О I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
7 14 21 28 35 42 49 56 53 70 77 84
День
Рис. 2. Распределение расхода воды по дням 120
Основное количество воды расходуется в доильной яме и составляет в среднем
3 „ и
9,37±1,1 м . Раз в неделю в хозяйстве санитарный день, когда работники проводят наиболее тщательную уборку, именно в этот день наблюдается самый большой средний суточный расход воды.
Исходя из полученных нами данных, среднее количество воды, затрачиваемое на корову за сутки близко к указанным в [5, 6] значениям и составляет 24,3 л/сут., т.е. 8,1 л на голову за разовое доение. Отклонение от действующих нормативных значений [2] составляет 20 %, что указывает на необходимость более глубокого изучения причин не соответствия.
В течение суток вода в доильном зале используется неравномерно (рис. 3) и зависит от выполняемых работ.
М3 о
230.0 1
—»—Расходводы на преддоильной площадке и б доильном зале
Рис. 3. Распределение расхода воды по часам суток
Максимальный расход воды наблюдается по окончании каждого доения, когда происходит уборка преддоильной площадки и доильного зала: в 10 часов - 11,4% от суточного расхода воды, в 17 часов - 9,1% и 24 часа - 7,1%. Увеличенный расход воды в 10 часов связан с организацией работ в хозяйстве: временной интервал между утренним и дневным доением больше, что позволяет провести более тщательную уборку в этот период.
Результаты наблюдений влияния человеческого фактора на выполняемый технологический процесс представлены в таблице 1.
Таблица 1
Уровни факторов и интервалы варьирования
Место расхода воды Доильная яма Преддоильная площадка и доильный зал
Бригада 1.1 2.1 3.1 1.2 2.2 3.2
Общий расход воды, м3 23,006 20,029 21,932 31,232 32,017 30,722
Количество отработанных часов, ч 78 77 76 78 79 74
Средний расход воды за 1 час, м3/ч 0,295 0,260 0,289 0,400 0,405 0,415
Стандартное отклонение, м3/ч 0,0035 0,0027 0,0034 0,0039 0,0037 0,0032
В доильной яме расход воды в зависимости от бригады меняется в пределах 13%, что составляет в среднем 210 л за 6 часов работы. Наименьшее количество воды тратит бригада операторов машинного доения 2.1.
Расход воды, затрачиваемый при мытье пола и стен преддоильной площадки и доильного зала, в зависимости от работающей бригады изменяется в пределах 3,7%, что позволяет признать схожесть работы подобранных бригад.
Результаты полученных исследований необходимы для правильной оценки требуемых объемов навозохранилищ и могут быть использованы при расчётах влажности получаемого навоза, количества и влажности фракций навоза, получаемого после его сепарации, в зависимости от условий хозяйства и поставленных задач.
Выводы
Проведенный мониторинг показал, что среднесуточный расход воды в доильном зале, поступающей впоследствии в систему навозоудаления, составил 14,45 м . Основное количество воды расходуется в доильной яме (для мытья пола, стенок, наружной части доильных аппаратов смыва с пола экскрементов под коровами и подхвостового защитного
^ з
лотка доильной установки) и составляет в среднем 9,37 м . Максимальный расход воды в течение суток наблюдается по окончании каждой дойки, когда происходит уборка преддоильной площадки и доильного зала. Среднее количество воды, затрачиваемое на корову за сутки, составляет 24,3 л, т.е. 8,1 л на голову за разовое доение. Это значение на 20 % превышает действующие нормативные показатели, что указывает на необходимость более глубокого изучения причин не соответствия. Влияние человеческого фактора на выполняемый технологический процесс может достигать 13%.
Результаты полученных исследований необходимы для правильной оценки требуемых объемов навозохранилищ и могут быть использованы при расчётах влажности получаемого навоза, а при дальнейшей его сепарации для определения количества и влажности получаемых фракций.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Damasceno F.A., Monge J.L., Nascimento J.A.C., Andrade R.R., Barbari M., Saraz J.A.O., Ferraz G.A.S. Estimate of manure present in compost dairy barn systems for sizing of manure storage // Agronomy Research. 2020. Vol. 18, Special Issue 2, pp. 1213-1219. DOI: 10.15159/AR.20.105.
2. РД-АПК 1.10.15.02-17 Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета. М.: Росинформагротех. 2017. 173 с.
3. Reinemann D. J. Milking Machines and Milking Parlors. In: Myer Kutz (ed.) Handbook of Farm, Dairy and Food Machinery Engineering (Third Edition), Chapter 10. Academic Press, 2019. pp. 225-243.
4. Гордеев В.В., Миронова Т.Ю., Миронов В.Н. Методика определения количества навозосодержащих стоков доильных залов // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 97. С. 241-250.
5. Cheryl A. Milk house wastewater characteristics on Wisconsin dairy farms. Bougie: Department of Natural Resources Lake Michigan District, 1993, p. 6.
6. Le Riche E.L., Vanderzaag A.C., Burtt S., Lapen D.R., Gordon R. Water use and conservation on a free-stall dairy farm. Water. 2017. No. 9(12), p. 977. DOI: 10.3390/w9120977.
7. KrauB M., Drastig K., Prochnow A., Rose-Meierhofer S., Kraatz S. Drinking and cleaning water use in a dairy cow barn. Water, 2016. No. 8, p. 302. DOI: 10.3390/w8070302.
8. Shine P., Murphy M.D., Upton J. A global review of monitoring, modeling, and analyses of water demand in dairy farming. Sustainability. 2020. No. 12(17), ID: 7201. DOI: 10.3390/su12177201.
9. Гордеев В.В., Миронова Т.Ю., Хазанов В.Е., Гордеева Т.И. Оценка влияния технологических решений доильно-молочного блока на выход навозосодержащих стоков // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 95. С. 167-173. DOI 10.24411/0131-5226-201810044.
10. Gordeev V., Mironova T., Khazanov V., Mironov V. Models to minimize output of manure-bearing wastewater from milking parlours at conceptual designing stage of dairy farms. "Engineering for Rural Development". Proc. 18th Int. Sci. Conf., Jelgava: LLU. 2019. Vol. 18. pp. 413-419. DOI: 10.22616/ERDev2019.18.N254.
REFERENCES
1. Damasceno F.A., Monge J.L., Nascimento J.A.C., Andrade R.R., Barbari M., Saraz J.A.O., Ferraz G.A.S. Estimate of manure present in compost dairy barn systems for sizing of manure storage. Agronomy Research. 2020. Vol. 18, Special Issue 2: 1213-1219. DOI: 10.15159/AR.20.105.
2. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu sistem udaleniya i podgotovki k ispol'zovaniyu navoza i pomyota RD-APK 1.10.15.02-17 [Management Directive for Agro-Industrial Complex1.10.15.02-17. Recommended Practice for Engineering Designing of Systems for Animal and Poultry Manure Removal and Pre-application Treatment]. Moscow: Rosinformagrotekh, 2017: 173 (In Russian)
3. Reinemann D. J. Milking Machines and Milking Parlors. In: Myer Kutz (ed.) Handbook of Farm, Dairy and Food Machinery Engineering (Third Edition), Chapter 10. Academic Press, 2019: 225-243.
4. Gordeev V.V., Mironova T.Yu., Mironov V.N. Metodika opredeleniya kolichestva navozosoderzhashchikh stokov doil'nykh zalov [Method to determine the amount of manure-bearing wastewater from milking parlours]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva
mekhanizirovannogoproizvodstvaproduktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. No. 97: 241250 (In Russian)
5. Cheryl A. Milk house wastewater characteristics on Wisconsin dairy farms. Bougie: Department of Natural Resources Lake Michigan District, 1993: 6.
6. Le Riche E.L., Vanderzaag A.C., Burtt S., Lapen D.R., Gordon R. Water use and conservation on a free-stall dairy farm. Water. 2017. No. 9(12): 977. https://doi.org/10.3390/w9120977.
7. KrauB M., Drastig K., Prochnow A., Rose-Meierhofer S., Kraatz S. Drinking and cleaning water use in a dairy cow barn. Water, 2016. No. 8: 302. https://doi.org/10.3390/w8070302.
8. Shine P., Murphy M.D., Upton J. A global review of monitoring, modeling, and analyses of water demand in dairy farming. Sustainability. 2020 No. 12(17):7201. DOI: 10.3390/su12177201.
9. Gordeev V.V., Mironova T.Yu., Khazanov V.E., Gordeeva T.I. Otsenka vliyaniya tekhnologicheskikh reshenii doil'no-molochnogo bloka na vykhod navozosoderzhashchikh stokov [Influence assessment of technological solutions for milking and milk handling block on manure-bearing wastewater amount]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. No. 95: 167-173 (In Russian) DOI: 10.24411/0131 -5226-2018-10044.
10. Gordeev V., Mironova T., Khazanov V., Mironov V. Models to minimize output of manure-bearing wastewater from milking parlours at conceptual designing stage of dairy farms. "Engineering for Rural Development". Proc. 18th Int. Sci. Conf., Jelgav:LLU. 2019. Vol. 18: 413419 (In English) DOI: 10.22616/ERDev2019.18.N254.
