CC BY
12
УДК 631.22.018+621.867+631.879.4
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ УБОРКИ И ПОДГОТОВКИ НАВОЗА К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
Н.Г. Ковалев, П.И. Гриднев, Т.Т. Гриднева
На основе анализа существующих технологий уборки и подготовки навоза к использованию сформулированы направления их совершенствования, тематика поисковых исследований и перечень необходимого приборного обеспечения для автоматизированных систем управления выполняемыми процессами. Ключевые слова: навоз, транспортер, компостирование, оптимальные параметры, ферментация, энергоемкость.
Многочисленными отечественными и зарубежными исследователями [1...3] убедительно доказано, что эффективные системы утилизации навоза могут быть созданы только на основе технологий, предусматривающих использование его в качестве сырья для производства высококачественных органических удобрений. При этом основным требованием к системам уборки навоза является получение на выходе с животноводческого предприятия навоза с минимально возможной, технологически обоснованной влажностью, при условии соблюдения требований по защите окружающей среды от загрязнения. Важным моментом в данном направлении является использование подстилки при содержании животных. При этом оказывается возможным повысить концентрацию сухого вещества в навозе и создать наиболее благоприятные условия по параметрам микроклимата в животноводческих помещениях. В качестве подстилки традиционно рекомендуется использовать солому, в измельченном виде, опилки, торф, твердую фракцию навоза, прошедшую специальную подготовку (при условии дополнительного обоснования экономической целесообразности).
Таким образом, можно констатировать, что в регионах, обеспеченных ресурсами влагопоглощающих материалов на всех типах животноводческих предприятий надо шире применять технологии содержания животных с использованием подстилки, в том числе и на глубокой подстилке. Последующую подготовку к использованию подстилочного навоза необходимо вести путем производства на его основе компостов.
Уборка из помещений подстилочного навоза может осуществляться стационарными транспортерами и скреперными установками или мобильными агрегатами. Мобильные агрегаты для уборки подстилочного навоза чаще всего используются на предприятиях с беспривязным содержанием животных и при содержании животных на глубокой подстилке. Подобные технологии необхо-
димо применять в регионах с высоким стоянием грунтовых вод, с пересеченным рельефом местности, с легкими типами почв, допускающими фильтрацию жидкой фракции навоза в грунтовые воды.
В регионах со спокойным рельефом, с типами почв, затрудняющими фильтрацию жидкой фракции навоза в грунтовые воды, низким стоянием грунтовых вод допускается использование подготовленного полужидкого или жидкого навоза (карантинирование, длительная выдержка, аэробная ферментация) для поверхностного внесения под запашку или в системах орошения после соответствующего разбавления его технической водой. В системах орошения рекомендуется использовать и жидкую часть после разделения исходного навоза на фракции.
Уборку бесподстилочного навоза из помещений целесообразно осуществлять стационарными техническими средствами или мобильными агрегатами. Чаще всего эти решения применяются на предприятиях по производству молока, выращиванию нетелей, откорму КРС, племенных репродукторных свинофермах. На остальных типах свиноводческих ферм допускается применение гидравлических систем уборки навоза с минимальным разбавлением экскрементов животных технической водой. Подготовку к использованию жидкого навоза и стоков рекомендуется осуществлять с применением механических систем разделения их на фракции. Твердая фракция после разделения исходного навоза подвергается компостированию, а жидкая - карантинированию с дальнейшим использованием в системах орошения.
В регионах с минимальной температурой не ниже минус 150С, где имеется возможность круглогодичного использования навоза в качестве удобрения возможно применение технологии анаэробного сбраживания. При этом влажность исходного навоза должна быть не ниже 92%.
Учитывая опыт зарубежных и отечественных исследователей, следует отметить, что решение проблемы экологической безопасности производства продукции животноводства возможно только при одном непременном условии - каждое предприятие должно быть обеспечено в необходимом объеме площадями для утилизации навоза в виде органических удобрений. Имея четкие характеристики выделенных для утилизации навоза площадей, производится выбор оптимальных технологических и технических решений систем уборки и подготовки навоза к использованию. Только при таком подходе к решению проблемы возможно объективно оценить различные варианты решений с учетом затрат на строительство объекта и влияния его на окружающую среду, сохранить плодородие почв и обеспечить экологическую безопасность производства продукции животноводства.
Эффективность различных технологий уборки и подготовки навоза к использованию в значительной мере зависит от технического уровня применяемых технических средств, от возможности создания автоматизированных систем управления процессами.
Технический уровень машин и оборудования для уборки и подготовки навоза к использованию имеет крайне важное значение для привлекательности труда обслуживающего персонала по той причине, что их обслуживание и ремонт приходится выполнять в крайне неблагоприятных для здоровья человека условиях. В этой связи следует отметить, что транспортеры типа ТСН всех моделей и модификаций по существу не отвечают современным требованиям по гигиенической и санитарной безопасности. Наработка на отказ у этого типа транспортеров не превышает 50 часов, ежемесячное техническое обслуживание составляет не менее 0,5 часа, процесс уборки навоза осуществляется при условии присутствия оператора, срок службы не превышает 5 лет. В процессе эксплуатации зачастую наблюдается нарушение режима уборки в зонах обводных блоков, не исключается применение ручного труда в выполнении процесса, особенно в случаях использования длинностебельчатых кормов или подстилки. Траектория перемещения навоза к точке выгрузки не рациональная, не исключается возможность перегрузки тягового контура и выброса навоза из канала на проход или в стойла.
Практически все негативные моменты скребковых транспортеров типа ТСН устранены в конструкции штанговых транспортеров, которые обеспечивают транспортировку навоза к точке выгрузки кратчайшим путем, надежно выполняют процесс уборки любого типа навоза - бесподстилочного или подстилочного в том числе и в виде длинностебельчатых материалов, не требуют присутствия оператора при уборке навоза, а следовательно могут осуществлять данную операцию по заданной программе в автоматическом режиме, как минимум в 2 раза сокращена максимальная нагрузка на тяговый контур. В случае использования гидравлического привода от одной станции может осуществляться привод до четырех контуров, т.е. осуществляться процесс уборки навоза из восьми каналов. Таким образом, количество используемых электроприводов сокращается до четырех раз. Предлагаемые технические решения по приводу тягового контура, конструкции тягового контура и скребков, позволят обеспечить наработку на отказ не менее 700 часов, срок службы до 20 лет, коэффициент готовности 0,99.
Типоразмерный ряд шнековых транспортеров имеет высокую наработку на отказ до 800 часов, практически не требует ежедневного технического обслуживания, срок службы их превышает 20 лет, коэффициент готовности достигает 0,99.
Однако, эти транспортеры могут надежно эксплуатироваться при содержании животных без подстилки или с использованием подстилки в виде опилок, торфа, измельченной соломы. Попадание в навозный канал стебельчатых материалов длиной более 200 мм может привести к нарушению процесса транспортирования навоза из-за забивания межвиткового пространства. Кроме того, при применении шнековых систем уборки навоза увеличиваются затраты ручного труда на продавливание через решетку навоза из концов стойла, удель-
ная металлоемкость составляет не менее 62 кг на погонный метр фронта уборки (включая закладные детали и решетку перекрытия канала).
Серийно выпускаемые скреперные установки для уборки навоза при беспривязном содержании животных имеют цепной тяговый контур за счет этого высокую удельную металлоемкость, возвратно-поступательное перемещение скрепера осуществляется путем реверсирования привода, что затрудняет управление процессом уборки навоза, в частности, изменения длины рабочего хода с целью сокращения энергоемкости процесса. Каждый тяговый контур имеет свой индивидуальный привод. Процесс уборки навоза не может осуществляться в автоматическом режиме по заданной программе, что крайне актуально при использовании скреперных установок на молочных фермах при беспривязном содержании коров, когда интервалы между уборками должны быть не более 4 часов. Предложенная ГНУ ВНИИМЖ гидрофицированная скреперная установка лишена этих негативных моментов. Тяговый контур ее при длине 75 м состоит из полосы 50х5, за счет этого удельная металлоемкость, по сравнению с серийными отечественными и лучшими зарубежными аналогами сокращена как минимум на 30-36%. Установка работает в автоматическом режиме по заданной программе, от одной гидравлической станции осуществляется привод до 4 контуров, т.е. количество электрифицированных приводов сокращается до 4 раз. Тяговый контур совершает возвратно-поступательное движение с регулируемой длиной хода, реверс скрепера происходит автоматически в крайних точках и легко может быть осуществлен вручную в любой точке канала.
Отечественных серийно выпускаемых технических средств для мобильной уборки навоза не имеется. Как правило, используются различного рода приспособления, навешиваемые на колесные трактора типа МТЗ. При этом допускается излишняя загазованность помещений, возникновение сквозняков, необходимость перемещения животных из зоны уборки навоза. За рубежом для этих целей есть попытки использования роботов, работающих на аккумуляторах. Они применяются в технологиях, предусматривающих сброс навоза в поперечный канал, при необходимости подачи навоза в прифермские хранилища роботы использоваться не могут.
Для механического разделения навоза на фракции применяется центрифуга фильтрующего типа - УОН-Ф-835, которая имеет существенные недостатки в плане энергоемкости процесса от 0,43 до 0,3 кВт-ч/т, необходимости относительно частой смены фильтрующей сетки - через 300-380 часов работы. Зарубежные технические средства для разделения навоза на фракции в большинстве своем работают на принципе прессования, имеют меньшую производительность и установленную мощность электропривода. В целом энергоемкость процесса составляет 0,13-0,20 кВт ч/т. Эффективность разделения навоза на фракции по сухому веществу достигает 50%, влажность твердой фракции 65-70%. Следует отметить, что стоимость подобных установок колеблется от 900 тыс. до 1230 тыс. руб., что делает целесообразность их применения весьма
низкой. ГНУ ВНИИМЖ имеет разработки, которые позволят создать отечественный образец, не уступающий по основным технико-экономическим показателям лучшим мировым, а стоимость их будет как минимум в 2 раза ниже.
Транспортирование подстилочного навоза к местам хранения или переработки осуществляется мобильными агрегатами в составе прицепов или машин для внесения органических удобрений и колесных тракторов типа МТЗ, Т-130. Эффективность их эксплуатации крайне низкая. Необходимо создать техническое средство, исключающее длительный простой агрегата под загрузкой, загрязнение территории навозом на пути следования агрегата, обеспечивающее быструю выгрузку. Насосы для транспортирования к местам хранения или переработки бесподстилочного навоза типа НЖН-Ф-200А, НЦН-Ф-100, НЦВ-Ф-2 и другие имеют высокую производительность до 300 м /час, напор до 28 м. вод. ст., наработку на отказ до 1500 часов. Они в полной мере удовлетворяют основные технологические требования к линиям транспортирования бесподстилочного навоза. Применяемые в отечественном производстве технологии компостирования навоза базируются на использовании мобильных агрегатов. При этом нет возможности управлять дозированием компонентов, качеством их смешивания, плотностью укладки буртов.
С целью повышения эффективности производства компостов на основе навоза необходимо создать комплект оборудования, включающий в себя измельчитель-дозатор влагопоглощающих материалов, дозатор минеральных компонентов, смеситель, буртоукладчик. Используя данный комплект оборудования представится возможным организовать производство высококачественных органо-минеральных удобрений с заданными свойствами под различные культуры севооборота.
Таким образом, анализ состояния с производством машин и оборудования для уборки и подготовки навоза к использованию, их технического уровня, показывает, что на основе отечественных разработок могут быть созданы высокоэффективные системы утилизации навоза для любого типа животноводческого предприятия и любых природно-климатических условий зоны их расположения.
Дальнейшее совершенствование систем управления процессами уборки и подготовки навоза к использованию должно базироваться на автоматизированных интеллектуальных системах. Для создания подобных систем необходимо установить закономерности изменения:
- параметров микроклимата и комфорта содержания животных при различных системах уборки навоза (привязное и беспривязное содержание, вид и количество подстилки, механические и гидравлические системы уборки и т.д.);
- эффективности процессов: разделения навоза на фракции; производства компостных смесей; интенсивной твердофазной ферментации; анаэробного сбраживания; биотермической стабилизации от различных технологических и технических решений, изменяющихся физико-механических характеристик ис-
ходного навоза и компонентов компостных смесей, природно-климатических условий зоны расположения животноводческого предприятия;
- воздействия на окружающую среду от деятельности предприятий по производству продукции животноводства;
- плодородия почв от применения комплексных органо-минеральных удобрений.
На основе вышеизложенных закономерностей необходимо создать ряд приборов по автоматизированному управлению процессами: уборки навоза из помещений по мере накопления навоза в каналах; периодичности перемешивания навоза в приемных резервуарах; разделения навоза на фракции; эффективностью выделения сухого вещества; интенсивностью анаэробного сбраживания; скоростью газовыделения; интенсивностью твердофазной ферментации; стабильностью температурного режима.
Имея подобное приборное обеспечение, представится возможным разработать компьютерные программы управления процессами уборки и подготовки навоза к использованию, что изменит в лучшую сторону привлекательность труда в животноводстве, обеспечит экологическую безопасность производства продукции животноводства и рост плодородия почв.
Литература:
1. Экспрессная биоферментация органического сырья при различных соотношениях навоза с торфом / Н.Г. Ковалев [и др.] // Вестник РАСХН. 1999. №5. С. 71-73.
2. Trunk W. Ökonomische Bcurteilung von Schadgasemissionbei der Milcherzeugung // Agrarwirts-chaft. 1996. №2.
3. Миронов В.В. Технологии и технические средства интенсификации производства органических удобрений на фермах крупного рогатого скота: автореф. дис. д.т.н. Мичуринск, 2010.
Ковалев Николай Георгиевич, академик Россельхозакадемии, директор
ГНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственного использования мелиоративных земель
Гриднев Павел Иванович, доктор технических наук, заместитель директора
Гриднева Татьяна Трофимовна, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства
Тел. (8499) 666-51-18
E-mail: vniimzh@mail.ru
Based on the analysis of the existing technology of cleaning and preparation of manure to use articulated direction of improvement, the subject of exploratory studies and a list of the necessary instrumentation for automated energy management system processes.
Keywords: manure belt, composting, optimal parameters, fermentation, energy intensity.
