CC BY
0
наук, доцент, ведущий научный сотрудник,
отдел агроэкологии в животноводстве,
Институт агроинженерных и экологических
проблем сельскохозяйственного
производства - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ,
Фильтровское шоссе, д. 3, п. Тярлево, Санкт-
Петербург, 196634, Россия;
trifanovav@mail.ru,
https://orcid.org/0000-0002-3503-6148
Заявленный вклад авторов
И.Е. Плаксин - теоретические предпосылки,
создание черновика рукописи,
А.В. Трифанов - создание окончательной
версии (доработка) рукописи,
администрирование данных
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта
интересов
Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи к публикации
Статья поступила в редакцию: 12.09.2024 Одобрена после рецензирования: 7.10.2024 Принята к публикации: 8.10.2024
Assistant Professor, leading researcher, Department of Agroecology in Livestock Production, Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production - branch of Federal Scientific Agroengineering Center VIM; 3, Filtrovskoje Shosse, Tiarlevo, Saint Petersburg, 196634, Russia, trifanovav@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-3503-6148 Authors'contribution
I.E. Plaksin - theoretical background, drafting the manuscript,
A.V.Trifanov - revision and finalizing the manuscript, data administration
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this paper All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.
Received: 12.09.2024
Approved after reviewing:7.10.2024
Accepted for publication: 8.10.2024
Научная статья УДК 631.223.24.018
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СИСТЕМ НАВОЗОУДАЛЕНИЯ НА ФЕРМАХ КРС В
УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ
1 2 Михаил Евгеньевич Слиган , Владислав Владимирович Гордеев
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия 1sligam.mihail@yandex.ru https://orcid.org/0009-0002-8064-3809 2vladgordeev@mail .ги https://orcid.org/0000-0001-6181-396Х
Аннотация. Для современного развития сельского хозяйства необходима механизация и автоматизация всех процессов. Одна из самых трудоемких технологических операций на животноводческих фермах - навозоудаление - требует комплексного подхода к
проектированию на основании объема производства, способов и методов содержания животных. Цель исследования - провести сравнительную оценку систем навозоудаления на фермах КРС в условиях Северо-Запада России. Регистр технологий и техники для молочного животноводства Ленинградской области выделяет две основные технологии содержания скота: привязный и беспривязный. Для определения перспективного направления развития систем навозоудаления был проведен обзор существующих технологических схем удаления навоза для ферм с привязным и беспривязным содержанием, выявлены их достоинства и недостатки с экономической точки зрения. На основе анализа научно-технической документации по технологическим процессам транспортировки навоза предложена система транспортировки полужидкого навоза при помощи насоса по трубопроводу; дана экономическая оценка данного решения по сравнению с системой уборки жидкого навоза и с существующей системой транспортировки навоза в навозохранилища прицепными транспортными средствами. Экономический эффект от применения предложенной системы на примере типовой фермы на 1000 коров составил: инвестиционные затраты - 4,9 млн. руб., эксплуатационные затраты - 2805,77 руб/сут. Наиболее затратным с точки зрения инвестиций оказался способ транспортировки жидкого навоза при помощи центробежных насосов, так как для работы такой системы требуется строительство цехов сепарации, а также лагун из нержавеющей стали для хранения жидкой фракции. С точки зрения эксплуатации наиболее затратным оказался способ транспортировки полужидкого навоза прицепными транспортными средствами, так как для их работы требуется использовать силовой агрегат, расходующий топливо. Стоит отметить, что насосы для транспортировки навоза по трубопроводу могут быть применены на любой ферме, получающей и хранящей навоз в полужидком виде. Для повышения эффективности процесса навозоудаления необходима разработка и производство собственных насосов, способных транспортировать навоз влажностью 86-91% на расстояние не менее 60 м.
Ключевые слова: навозоудаление, экономический эффект, затраты, технология содержания, молочная ферма, КРС, технологический процесс, техническое решение.
Для цитирования: Слиган М.Е., Гордеев В.В. Сравнительная оценка систем навозоудаления на фермах КРС в условиях Северо-Запада России // АгроЭкоИнженерия. 2024. № 3 (120). С. 168-183 https://doi.org/
Research article
Universal Decimal Code 631.223.24.018
COMPARATIVE EVALUATION OF MANURE REMOVAL SYSTEMS ON CATTLE FARMS IN THE CONDITIONS OF THE NORTHWEST OF RUSSIA
i — 2 Michael E. Sligan Vladislav V. Gordeev
Institute for Engineering and Enviromental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia.
1sligam.mihail@yandex.ru https://orcid.org/0009-0002-8064-3809 2vladgordeev@mail .ru https://orcid.org/0000-0001-6181-396X
Abstract. The modern development of agriculture requires mechanization and automation of all processes. Manure removal is one of the most labor-intensive technological operation on livestock farms. Its designing needs an integrated approach. It should rely on production volume, methods and practices of animal housing. The Register of Technologies, Machines and Equipment for Dairy Cattle Husbandry in the Leningrad Region recognizes two main systems of cattle housing - tired housing and loose housing. To identify a promising direction in the development of manure removal systems, the study reviewed the existing technological schemes of manure handling on farms with tied and loose housing. The study showed their advantages and drawbacks according to economic criteria. Based on the survey of scientific and technical documentation on technological processes of manure transport, the study proposed a system of pumping the semi-liquid manure through a pipeline. The study made an economic evaluation of this solution in comparison with the system of liquid manure handling and the existing system of manure transport to manure storage facilities by trailed vehicles. The study calculated the economic effect of the proposed manure removal system on the example of a typical farm for 1000 cows. The investment costs amounted to 4.96 million rubles, and the operational costs - to 2805.77 rubles per day. The most costly in terms of investments was to transport the liquid manure by centrifugal pumps. The operation of such a system requires the construction of separation facilities and the stainless steel lagoons for storing the liquid fraction. From the operational point of view, the most expensive was to transport the semi-liquid manure by trailed vehicles. Their operation requires the use of a fuel-driven unit. It should be noted that any farm producing and storing a semi-liquid manure could use the pumps for transporting manure through a pipeline. To increase the efficiency of the manure removal process, it is necessary to develop and produce own pumps capable to transport manure with a moisture content of 86-91% to a distance of at least 60 meters.
Keywords: manure removal, economic effect, costs, cattle housing practice, dairy farm, cattle, technological process, technical solution.
For citation: Sligan M.E., Gordeev V.V. Comparative evaluation of manure removal systems on cattle farms in the conditions of the Northwest of Russia // AgroEcoEngineering. 2024; 3(120): 168-183. (In Russ.) https://doi.org/
Введение. Животноводческая отрасль обеспечивает человечество важнейшими продуктами питания, необходимыми для поддержания продовольственной и экономической безопасности. На молочной ферме КРС основной производимой продукцией является молоко, побочной продукцией считается навоз, состоящий из экскрементов, подстилки и воды. Считается, что годовой выход экскрементов у коров в 4-5 раз превышает выход молока [1].
Расчеты показывают, что при нынешнем состоянии животноводства России совокупные потери от неэффективного функционирования системы утилизации навоза в виде сокращения плодородия почв, недобора урожая, штрафных санкций за размещение неиспользованного навоза, предотвращения экологического вреда окружающей среде оцениваются не менее, чем 160 млрд. руб. в год [2].
Для повышения эффективности навозоудаления на фермах крупного рогатого скота в России необходимо внедрять современные технологии, такие как автоматизированные системы уборки, сбора и транспортировки навоза, что позволит сократить затраты ручного труда и времени, а также повысить качество выполнения процесса.
Выбор технологии навозоудаления определяется физико-механическими свойствами навоза, которые зависят от возраста животного, системы, способа и метода содержания, вида подстилки (при наличии), технологических процессов подмывания вымени, мойки оборудования, а также уборки помещений [3].
Применение различных технологий содержания животных приводит к получению различных видов навоза, отличающихся содержанием влаги:
- твердый навоз - 75-85%;
- полужидкий навоз - 86-91%;
- жидкий навоз - 92-96%;
- стоки - >97%51.
Наиболее распространенными являются системы удаления навоза в жидком и полужидком виде. В обоих случаях навоз перемещается вдоль стойл в навозопроводы, расположенные в середине или в торце здания. Для перемещения навоза существуют различные транспортеры: шнековые, скребковые, штанговые, дельта-скреперные.
При получении жидкого навоза применяется флэш-система, состоящая из двух расположенных параллельно труб - одна большего диаметра, имеющая загрузочные вертикальные окна, по которой перемещается навоз, и одна меньшего диаметра, по которой в трубу большего диаметра подаются стоки, которые и перемещают навоз. Несмотря на то, что жидким навоз считается при влажности от 92%, для работы флэш-систем и центробежных насосов его влажность должна составлять не менее 94%.
При получении полужидкого навоза применяются поперечные шнековые каналы, осуществляющие накопление навоза (их объем должен обеспечивать накопление навоза в течение суток). Шнековые транспортеры затем перемещают навоз к наклонным загрузочным транспортерам. Наклонные загрузочные транспортеры загружают навоз в прицепные транспортные средства.
Поступление в систему навозоудаления воды повышает объем навоза, что требует дополнительных затрат на его транспортировку и хранение, а также снижает удобрительную ценность навоза [4]. Снижение инвестиционных и эксплуатационных затрат на системы навозоудаления является актуальной задачей, для решения которой необходимо использование таких технических и технологических решений, которые позволят при реконструкции существующих или строительстве новых ферм снизить экономические затраты путем модернизации навозоуборочного оборудования.
Цель исследования - провести сравнительную оценку систем навозоудаления на фермах КРС в условиях Северо-Запада России.
Материал и методы. В качестве материала исследования были использованы публикации в научных журналах, затрагивающие тему исследования, а также нормативные документы в агропромышленном комплексе и коммерческие предложения компаний, занимающихся производством и монтажом систем навозоудаления на территории Ленинградской области.
На начальном этапе осуществлялся поиск статей по теме исследования в научной электронной библиотеке cyberlrninka.ru с ограничением по времени написания с 2020 года. Для расчетов инвестиционных и эксплуатационных затрат были запрошены коммерческие предложения материалов, техники, монтажа и строительства систем навозоудаления.
51 Хазанов Е.Е., Гордеев В.В., Хазанов В.Е. Технология и механизация молочного животноводства. СПб.: Издательство «Лань». 2016. 352 с.
В качестве методов научных исследований были выбраны анализ отечественной и зарубежной научно-технической литературы по теме технологических процессов транспортировки навоза, а также моделирование и сравнительный анализ технологий навозоудаления в сельском хозяйстве, представление полученных результатов в виде таблиц.
Результаты. В Регистр технологий для молочного животноводства Ленинградской области включены технологии содержания и обслуживания животных, базирующиеся на привязном и беспривязном способах содержания. Комбинированный способ в Регистр не включен по причине наличия многих недостатков, присущих привязному способу [5]. Основные элементы технологии содержания животных, влияющие на физико-механические свойства навоза и, соответственно, выбор технических и технологических решений системы навозоудаления, представлены на рисунке 1.
Технология содержания жийотных
Прибязный Беспривязный
Способ содержания Метод содержания
Подстилочный Бесподстилочный
Рис. 1. Основные элементы технологии содержания КРС Fig. 1. Main elements of cattle housing systems
В зависимости от способа содержания животные могут быть зафиксированы у индивидуальной кормушки (привязный) или свободно перемещаться по выделенной секции (беспривязный).
Беспривязный способ содержания скота имеет три разновидности:
1) в секциях, оборудованных комбибоксами;
2) в секциях, оборудованных индивидуальными боксами;
3) в секциях без боксов.
Возможны четыре варианта секций без боксов:
1. Секция с горизонтальным полом для содержания на обильной подстилке;
2. Секция с наклонным полом;
3. Секция с заглубленным логовом;
4. Секция со щелевыми полами1.
В настоящее время наиболее широко применяется беспривязный способ содержания в секциях, оборудованных индивидуальными боксами. Постоянное наличие корма в кормовой зоне позволяет животным поедать его по принципу самообслуживания, что упрощает процесс кормления [6].
При бесподстилочном содержании коров экскременты смешиваются, при попадании в флэш-систему, со стоками от уборки доильных залов. В коровнике мытье поилок производится раз в неделю, при этом вода из поилок сливается, попадая в навозный проход, а оттуда - в флэш-систему. В совокупности это увеличивает влажность навоза в флэш-системе до 94% и более. Смесь навоза со стоками попадает в накопительную емкость (навозоприемник), объем которой должен обеспечивать возможность накопления навоза на
протяжении двух суток, и затем, при помощи центробежного насоса, в сепаратор, в котором разделяется на две фракции - твердую и жидкую (рис. 2).
Рис. 2. Технологическая схема работы системы удаления навоза в жидком виде Fig. 2. Technological scheme of operation of the liquid manure removal system
Транспортировка жидкого навоза в навозохранилище по подземному трубопроводу упрощает данный процесс и предотвращает загрязнение площади животноводческого комплекса, однако для работы такой системы влажность навоза должна составлять не менее 94%. Жидкий навоз необходимо сепарировать, что требует строительства дорогостоящих цехов сепарации. Твердая фракция хранится на площадках, выполненных чаще всего из бетона. Для хранения жидкой фракции необходимо строительство лагун из материалов, устойчивых к химическому воздействию и обеспечивающих гидроизоляцию (эмалированная или нержавеющая сталь). Основной недостаток таких систем удаления жидкого навоза -экспоненциальное увеличение объема навоза и, соответственно, навозохранилищ - при увеличении влажности навоза с 88% до 94% его объем увеличивается в два раза [7].
Технология получения полужидкого навоза предполагает сбор стоков в септик (рис. 3). Навоз в этом случае транспортируют и хранят в полужидком виде. Полужидкий навоз имеет влажность 86-91%. Для удаления навоза в полужидком виде применяются дельта-скреперные установки или роботы, проталкивающие навоз под щелевые полы, где скреперный транспортер подает его к поперечному каналу. Из поперечного канала шнековый транспортер перемещает навоз к наклонным транспортерам, далее навоз загружается в прицепные транспортные средства1,52 и доставляется в навозохранилище. Главным недостатком такой системы является загрязнение территории животноводческого комплекса в результате транспортирования прицепным транспортным средством, а также низкая степень автоматизации ввиду необходимости использования труда человека для управления прицепным транспортным средством. Для повышения эффективности данного процесса предлагается отказаться от загрузки и транспортировки навоза прицепом (на рисунке 3
52 Оборудование для беспривязного содержания КРС GEA Farm Technologies Rus. Каталог товаров. 2014-2015 гг. [Электронный ресурс] URL: https://miltech-group.ru/catalog/ (дата обращения 27.08.2024)
173
выделены красным) и использовать насос, способный транспортировать полужидкий навоз
53
по трубопроводу (на рисунке выделен зеленым) на расстояние не менее 60 м.
Рис. 3. Технологическая схема работы системы удаления навоза в полужидком виде Fig. 3. Technological scheme of operation of the semi-liquid manure removal system
Перспективным решением для транспортировки полужидкого навоза по трубопроводу является использование поршневых или шнековых насосов, что позволит предотвратить загрязнение территории фермы, как это происходит при транспортировке прицепным транспортным средством, а также сократить экономические и энергетические затраты.
Проведем сравнительную экономическую оценку данных решений.
Для оценки эффективности системы удаления навоза взяты результаты исследований выхода навоза на животноводческих предприятиях. Проведём расчет экономической эффективности на примере фермы КРС для содержания коров, в которой животные содержатся в двух типовых коровниках на 500 голов каждый. Площадки для содержания телят и быков разных половозрастных групп не рассматриваем. Осуществим подбор необходимого оборудования и рассчитаем его стоимость, сравним полученные результаты.
Суточное выделение навоза на одну корову на животноводческой ферме КРС составляет 35 кг/сут. кала и 20 кг/сут. мочи.54
По имеющимся данным проведем расчет суточного выхода навоза на 1000 коров по формуле [8]:
53 Ветеринарно-санитарные требования к устройству технологических линий удаления, обработки, обеззараживания и утилизации навоза, получаемого на животноводческих комплексах и фермах. 1979 г. [Электронный ресурс] URL: https://docs.cntd.ru/document/1200061483 (дата обращения 27.08.2024)
54 РД-АПК 1.10.15.02-17* Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета. М.: Минсельхоз РФ. 2017. С. 22-23.
174
Qcym = (Чк + Чм + Чв + Чп) * П, (1)
где Qcym - суточный выход навоза, кг;
цк - суточное выделение кала животным, кг/гол.;
Цм - суточное выделение мочи животным, кг/гол.;
qв - суточное количество стоков, попадающих в систему навозоудаления, кг/гол. (при попадании стоков принимаем равным 20 л/гол. в доильном зале4 плюс 1,5 л/гол. из поилок (всего 21,5 кг стоков на голову в сутки), при отводе стоков в септик - 0);
qп - суточная норма внесения подстилки, кг/гол.) (при бесподстилочном содержании животных принимаем 0, при подстилочном - 1,5 кг55);
п - количество животных, гол. (1000 коров).
Жидкий навоз разделяется на фракции сепаратором. Процент жидкой и твердой фракций после разделения зависит от регулировок сепаратора, в среднем это 75% жидкой и 25% твердой фракций [9].
Результаты расчета суточного выхода навоза представлены в таблице 1.
Таблица 1. Суточный выход навоза КРС при уборке в жидком и полужидком виде Table 1. Daily output of cattle manure when removed in liquid and semi-liquid form
Способ уборки навоза Суточный выход, т.
Жидкий 76,5
Полужидкий 56,5
Так как в рассмотренной технологии уборки жидкого навоза производится сепарация в соотношении 75% жидкой фракции и 25% твердой фракции, суточный выход жидкой фракции составит 57,4 т/сут., а твердой - 19,1 т/сут. Хранение жидкой фракции будет осуществляться в лагунах из нержавеющей стали, а твердой - на бетонированных площадках.
Как видно из результатов расчета, применение предлагаемой технологии транспортировки и хранения навоза в полужидком виде позволит сократить количество получаемого навоза на 20 тонн в сутки за счет отвода навозных стоков в септик.
Опустошение навозохранилища должно проводиться 2 раза в год - весной и осенью. Объем навозохранилища подбирают таким образом, чтобы оно могло обеспечить хранение навоза на протяжении 200 дней. Количество навозохранилищ берем в два раза больше, исходя из того, что хранение и компостирование навоза длится полгода, тем временем текущий сбор проводится во второе равное по объему хранилище.
Расходы на уборку, транспортировку и хранение жидкого навоза
Для уборки навоза выбираем дельта-скреперный транспортер ТСГ-250. Стоимость -450 тыс. руб. за штуку у поставщиков, скорость рабочего органа - 5,1 м/мин., установленная мощность - 1,5 кВт (принимаем стоимость электроэнергии для всех будущих расчетов 5,70 руб./кВтч 56). Коровы содержатся в двух типовых коровниках на 500 голов каждый. Один
55 РД-АПК 1.10.01.01-18 Нормы технологического проектирования ферм крупного рогатого скота крестьянских хозяйств. М.: Минсельхоз РФ. 2018. С. 92-94.
56 Распоряжение комитета по тарифам Санкт-Петербурга от 28.12.2023 № 283-р «О внесении изменения в распоряжение Комитета по тарифам Санкт-Петербурга от 29.11.2023 № 197-р» [Электронный ресурс] URL: https://tarifspb.ru/documents/acts/3414/ (дата обращения 27.08.2024)
175
такой коровник обслуживается двумя скреперными транспортерами, следовательно, принимаем 4 штуки. В принятой нами технологии дельта-скреперные транспортеры проводят уборку помещений раз в час, проходя 60 м с установленной скоростью примерно за 12 минут в одну сторону, следовательно, они работают 576 минут в сутки (9,6 часов).
Дельта-скреперные транспортеры подают навоз в поперечный коллектор, выполненный в виде трубы диаметром 630 мм и длиной 130 м c окнами в местах сброса навоза, где навозные стоки, подаваемые по второй трубе диаметром 160 мм и длиной 130 м, установленной параллельно первой, перемещают навоз в навозоприемник. Такая система называется флэш-системой и ее стоимость согласно коммерческому предложению составляет 800 тыс. руб. Для сбора навоза в течение суток нам понадобится один приямок емкостью 150 м , стоимость - 1,2 млн. руб. Для транспортировки выбираем центробежный насос НЦИ-Ф-100, производительность - 100 м /ч, стоимость комплекта насос + затвор +
57
рукав + двигатель - 59,2 тыс. руб., установленная мощность - 11 кВт , работающий одновременно с дельта-скреперными транспортерами - он включается за 5 минут до включения транспортеров, и отключается через 5 минут после отключения транспортеров, и, следовательно, работает 816 минут в сутки (13,6 часов). Стоимость монтажа принимаем за 10% от стоимости устройства.
Выбранный центробежный насос осуществляет подачу навоза из навозоприемника в сепаратор. В принятой нами технологии жидкая фракция составляет 75% от всей массы, а твердая, соответственно, 25%. Стоимость строительства цеха сепарации жидкого навоза составляет 30 млн. руб., его ежегодное обслуживание - 10 млн. руб. Выбираем шнековый
58
сепаратор СТ-1200 мощностью 2,2 кВт. Время работы сепаратора равняется времени работы центробежного насоса - 816 минут в сутки.
Объем навозохранилищ, необходимых для хранения навоза на протяжении 200 дней, рассчитаем по формуле:
^ = (2)
где Vнх - объем навозохранилища, м3;
- суточный выход навоза при данной технологии, т;
р - плотность навоза, кг/м3.
Необходимый объем навозохранилищ для жидкой фракции навоза при его плотности р = 1000 кг/м3 [10]:
т, 57400*200 „ „ ч ...
унх=-= 1 1 480 м 3. (3)
нх 1 о о о 4 '
Строительство навозохранилища такого объема нецелесообразно, потому принимаем несколько навозохранилищ объемом 6000 м . Согласно коммерческому предложению, строительство типового навозохранилища для жидкого навоза объемом 6000 м3 обойдется в 14 млн. руб. Для обеспечения возможности хранения навоза в хозяйстве на 1000 голов в течение 200 дней без нарушения поточности производства принимаем 4 таких навозохранилища.
57 Оборудование компании «ТЕХНОПРОМ» [Электронный ресурс] URL: https://nprom.ru/nasos-nci-f100.html?ysclid=m1kbpr0mwy262561717 (дата обращения 27.08.2024)
58Оборудование компании Press Separator [Электронный ресурс] URL: https://press-separator.ru/catalog/separator-dlya-otkhodov/shnekovyy-press-separator-dlya-navoza-ct1200/?ysclid=m1kbtpq2u8382025733 (дата обращения 27.08.2024)
176
Необходимый объем навозохранилищ для твердой фракции навоза при его плотности р = 1300 кг/ м3 [10]:
19100*200 з
Унх =-= 2 93 8 м3. (4)
нх 1 3 о о 4 '
Согласно коммерческому предложению, строительство типового навозохранилища для твердого навоза объемом 3000 м обойдется в 9 млн. руб. Для обеспечения возможности хранения навоза в хозяйстве на 1000 голов в течение 200 дней принимаем 2 таких навозохранилища.
Расходы на уборку, транспортировку и хранение полужидкого навоза по существующей технологии:
Стоимость соломенной подстилки, по данным поставщиков, принимаем 100 руб./кг. Норма внесения - 1,5 кг на голову. Таким образом, затраты на подстилку на 1000 голов на протяжении 200 дней составят 30 млн. руб.
Дельта-скреперный транспортер ТСГ-250, выбранный нами для уборки жидкого навоза, также подходит для уборки полужидкого навоза, потому стоимость системы уборки навоза из помещений остается неизменной.
Накопление полужидкого навоза происходит в каждом коровнике в поперечный шнековый конвейер, например, ТШГ-250 мощностью 5,5 кВт59, производительностью при заполненном канале 16 т/ч 60, соответственно, он работает 210 минут в сутки (3,5 часа). Для выгрузки навоза в прицепное транспортное средство применяем два наклонных шнековых загрузчика ТШН-300, мощностью 7,5 кВт , работающих также 210 минут в сутки. Стоимость одного комплекта ТСГ-250 + ТШГ-300 длиной 65 м каждый, согласно коммерческому предложению поставщика, равняется 1,7 млн. руб. Стоимость монтажа такой системы принимаем равной 10% от стоимости устройств.
Для транспортировки выбираем прицеп ПТСЖ-9 вместимостью 9000 кг и стоимостью 1,1 млн. руб.61, приводимый в движение трактором тягового класса 3.0 (примем МТЗ «Беларус» 1523 с двигателем Д 260.1, стоимость - 4,5 млн руб.62). Принятому транспортному средству потребуется сделать 7 рейсов в день, транспортируя навоз в навозохранилище, находящееся в 60 метрах от коровника. Прицеп загружается наклонным шнековым транспортером, имеющим производительность равную производительности поперечного шнекового транспортера - 16 т/ч., следовательно, на одну загрузку требуется около 30 минут. Трактор, двигаясь со скоростью 15 км/ч, преодолеет расстояние 840 м (60 м в одну сторону 7 раз) за 3 минуты. Итого, на загрузку и транспортировку прицепному транспортному средству необходимо 210 минут (3,5 часа). Норма расхода топлива на транспортные работы составляет 8,2 л/маш-ч.63, соответственно, мы затратим 28,7 л.
59 Оборудование Слободского машиностроительного завода [Электронный ресурс] URL: https://smsz.ru/products/g_navozoudalenie/tshn250_300 (дата обращения 29.08.2024)
60 Оборудование компании «ТСН Групп» [Электронный ресурс] URL: https://tsngrup.ru/produkcziya/transportery-shnekovye/transporter-shnekovyj -tshn-250/ (дата обращения 29.08.2024)
61 Оборудование компании «АгроТехноПарк» [Электронный ресурс] URL: https://agrotexnopark.ru/selkhoztekhnika/pricepy/ptszh-65/ (дата обращения 29.08.2024)
62 Оборудование компании БЕЛТРАКТ^и [Электронный ресурс] URL: https://beltrakt.ru/traktory/mtz-1520/traktor-belarus-mtz-1523/ (дата обращения 29.08.2024)
63 Нормы расхода топлива на тракторы колесные согласно Постановлению Министерства транспорта и коммуникаций Республики Беларусь № 3 от 6 января 2012 г. с актуальными
177
(оптовая стоимость дизельного топлива в Санкт-Петербурге и Ленинградской области принимаем равной 65 руб./л64). Ставку тракториста принимаем равной 300 руб./ч.65
Цех сепарации навоза при использовании данной технологии не требуется.
Необходимый объем навозохранилищ для полужидкого навоза при его плотности р = 1200 кг/м3 [10]:
т, 56500*200 _ „ ч
Унх =-= 9 4 1 7 м 3. (5)
нх 1 2 О О v '
Согласно коммерческому предложению, строительство типового навозохранилища для полужидкого навоза объемом 5000 м обойдется в 5 млн. руб. Для обеспечения возможности хранения навоза в хозяйстве на 1 000 коров в течение 200 дней без нарушения поточности производства принимаем 4 таких навозохранилища.
Для хранения навозосодержащих стоков на протяжении 200 суток при данной технологии будем использовать еще одно навозохранилище для жидкой фракции объемом 5 000 м стоимостью 11,5 млн. руб.
Расходы на уборку, транспортировку и хранение полужидкого навоза по предлагаемой технологии.
Два дельта-скреперных транспортера ТСГ-250 в предлагаемой технологии не меняются.
Накопление полужидкого навоза также происходит в поперечные шнековые конвейеры ТШГ-250. Предлагаемая технология подразумевает отказ от прицепов и использование насоса, способного транспортировать навоз влажностью 86-91% по трубопроводу в навозохранилище. Загрузка навоза в насос производится также двумя наклонными загрузчиками ТСГ-250. Для транспортировки навоза к навозохранилищу принимаем средний по стоимости импортный образец, например, поршневой насос GEA Magnum производительностью 20 т/ч, стоимостью 500 тыс. руб. (мощность - 5,5 кВт)66, работающий, совместно с наклонным шнековым загрузчиком 3,5 часа в сутки. Стоимость прокладки подземного трубопровода - 3000 руб. за п.м.67
Септик для хранения стоков остается неизменным. Цех сепарации не требуется. Объемы и количество навозохранилищ не меняются.
Затраты труда на обслуживание навозоуборочного оборудования для всех технологий одинаковы, потому в расчетах не учитываются.
Обсуждение. Перспективным решением для транспортировки полужидкого навоза по трубопроводу является использование поршневых или шнековых насосов, что позволит предотвратить загрязнение территории фермы, как это происходит при транспортировке
дополнениями [Электронный ресурс] URL: https://mechatronics.by/portfolio-items/нормьI-расхода-топлива-на-тракторы-кол/ (дата обращения 30.08.2024)
64 Средние цены на бензин в Санкт-Петербурге (СЗФО) на 20 мая 2024 года по данным fuelprices.ru [Электронный ресурс] URL: https://fuelprices.ru/szfo/speterburg (дата обращения 30.08.2024)
65 Статистика рынка труда в Санкт-Петербурге - «Тракторист» по данным ГородРабот.т [Электронный ресурс] URL: https://sankt-peterburg.gorodrabot.ru/salaries/traktorist (дата обращения 30.08.2024)
66 Оборудование компании GEA [Электронный ресурс] URL: https://www.gea.com/en/products/milking-farming-barn/promanure-manure-handling/manure-handling-electric-pump/magnum-single-piston-manure-pump/ (дата обращения 30.08.2024)
67 Оборудование компании «ПолитехГеоИнженеринг» [Электронный ресурс] URL: https://gnb-politehgeo.ru/ceny.html (дата обращения 30.08.2024)
178
прицепным транспортным средством, а также сократить экономические и энергетические затраты. Результаты приведенных выше расчетов представлены в таблицах 2 и 3.
Инвестиционные затраты рассмотренных технологий представлены в таблице 2.
Таблица 2. Инвестиционные затраты на уборку жидкого и полужидкого навоза Table 2. Investment costs for liquid and semi-liquid manure removal
Затраты при уборке, транспортировке и хранении, млн руб.
Стоимость жидкого навоза полужидкого навоза по существующей технологии полужидкого навоза по предлагаемой технологии
соломенной подстилки на 200 суток - 30 30
дельта-скреперных транспортеров 1,8 1,8 1,8
горизонтальных шнековых транспортеров - 1,7 1,7
наклонных шнековых - 1,7 1,7
загрузчиков
приямка 1,2 - -
поршневого насоса - - 0,5
прицепа - 1,1 -
трактора - 4,5 -
монтажа горизонтальных шнековых транспортеров - 0,17 0,17
монтажа наклонных - 0,17 0,17
шнековых загрузчиков
монтажа флэш-системы 0,8 - -
монтажа поршневого насоса и подземного трубопровода 0,2
строительства и ежегодного обслуживание цеха сепарации 40
строительства навозохранилищ 74 20 20
строительства хранилища навозных стоков - 11,5 11,5
Итого 117,8 72,64 67,74
Как видно из таблицы 2, использование предлагаемой технологии транспортировки полужидкого навоза по трубопроводу позволит сократить инвестиционные затраты на 4,9 млн. руб. в сравнении с существующей технологией транспортировки полужидкого навоза, и на 50,22 млн. руб. в сравнении с технологий транспортировки жидкого навоза.
Эксплуатационные затраты на работу рассмотренных технологических линий представлены в таблице 3.
Таблица 3. Эксплуатационные затраты на работу рассмотренных технологических
линий
Table 3. Operating costs of the considered technological lines
Затраты Затраты при уборке, транспортировке и хранении, руб./сут.
жидкого навоза полужидкого навоза по существующей технологии полужидкого навоза по предлагаемой технологии
электроэнергии на работу дельта-скреперных транспортеров 328,32 328,32 328,32
электроэнергии на работу горизонтальных шнековых транспортеров 219,45 219,45
электроэнергии на работу наклонных шнековых загрузчиков 299,25 299,25
электроэнергии на работу центробежных насосов 852,72 - -
топлива на работу прицепных транспортных средств - 1865,5 -
электроэнергии на работу поршневых насосов - - 109,73
электроэнергии на работу цеха сепарации 120,38 - -
на заработную плату тракториста - 1050 -
Итого 1301,42 3762,52 956,75
Данные таблицы 3 показывают, что использование прицепных транспортных средств составляет основную долю эксплуатационных затрат на работу системы транспортировки навоза. Отказ от них в пользу насосов позволит сократить эксплуатационные затраты на работу технологической линии на 2805,77 руб./сут.
Выводы. По результатам проведенных аналитических исследований была предложена технологическая схема процесса удаления полужидкого навоза для хозяйств, получающих полужидкий навоз, отличительной особенностью которой является отказ от прицепных транспортных средств и использование насоса, способного транспортировать навоз влажностью 86-91% на расстояние не менее 60 м в навозохранилище, выполненное в виде бетонированной площадки.
Применение предлагаемой технологии позволит сократить инвестиционные затраты на 4,9 млн. руб., эксплуатационные затраты - на 2805,77 руб./сут. в сравнении с существующей технологией транспортировки полужидкого навоза, уменьшить объем навозохранилищ примерно в 1,5 раза в сравнении с технологией удаления жидкого навоза, а также предотвратить загрязнение территории коровника и улучшить санитарную и экологическую безопасность в хозяйствах.
Для дальнейшего снижения экономических затрат на выполнение операций навозоудаления необходима разработка отечественной системы, позволяющей
транспортировать навоз влажностью 86-91% по подземному трубопроводу на расстояние не менее 60 метров.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Текучев И.К., Текучева И.С., Черновол Ю.Н. Методология определения суточного выхода экскрементов от коров // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2016. № 4 (24). С. 131-136. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metodologiya-opredeleniya-sutochnogo-vyhoda-ekskrementov-ot-korov/viewer
2. Гриднев П.И., Гриднева Т.Т. Технический уровень перспективной системы машин для уборки и подготовки навоза к использованию // Техника и технологии в животноводстве. 2020. №1 (37). С. 50-56. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnicheskiy-uroven-perspektivnoy-sistemy-mashin-dlya-uborki-i-podgotovki-navoza-k-ispolzovaniyu/viewer
3. Гриднев П.И., Гриднева Т.Т. Влияние систем содержания коров и их продуктивности на эффективность утилизации навоза // Техника и технологии в животноводстве. 2020. №4 (40). С. 88-91. URL: https://cyberleninka.m/article/n/vliyanie-sistem-soderzhaniya-korov-i-ih-produktivnosti-na-effektivnost-utilizatsii-navoza/viewer
4. Комякова Е.М., Антонова О.И. Состав навоза КРС и свиней, особенности использования и перспективы переработки // Вестник АГАУ. 2020. №6 (188). С. 63-68. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sostav-navoza-krs-i-sviney-osobennosti-ispolzovaniya-i-perspektivy-pererabotki/viewer
5. Регистр технологий и техники для молочного животноводства Ленинградской области. СПб: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2007. 97 с.
6. Воронова И.В., Игнатьева Н.Л., Немцева Е.Ю. Современные аспекты кормления молочных коров // Вестник Ульяновской ГСХА. 2021. №1 (53). С. 164-168. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-aspekty-kormleniya-molochnyh-korov/viewer
7. Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / Под ред. Б.А. Ягодина. М.: Колос. 2004. 583 с.
8. Мельников С.В., Калюга В.В., Хазанов Е.Е. Справочник по механизации животноводства. Л.: Колос. 1983. 297 с.
9. Ковалев С.В., Гордеев В.В., Миронова Т.Ю. Анализ водопользования на фермах КРС // АгроЭкоИнженерия. 2023. №2 (115). С. 108-123. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-vodopolzovaniya-na-fermah-krs/viewer
10. Скорб И.И. Исследование реологических свойств жидкого бесподстилочного навоза при его накоплении и хранении // Инновационные решения в технологиях и механизации сельскохозяйственного производства: сб. науч. тр. Горки: Белорусская ГСХА. 2020. Вып. 5. С. 324-328. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=bqbtmz
REFERENCES
1. Tekuchev I.K., Tekucheva I.S., Chernovol Y.N. The cows' excrement daily output determining methodology. Vestnik Vserossiiskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizatsii zhivotnovodstva = Bulletin of All-Russia Research and Development Institute of Livestock Breeding Mechanization. 2016; 4(24): 131-136. (In Russ.) URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metodologiya-opredeleniya-sutochnogo-vyhoda-ekskrementov-ot-korov/viewer
2. Gridnev P.I., Gridneva T.T. Technical level of manure cleaning and preparing promising system of machinery. Tekhnika i Tekhnologii v Zhivotnovodstve = Machinery and Technologies in Livestock. 2020;1 (37): 50-56. (In Russ.) URL: https://cyberleninka.ru/article/n7tehnicheskiy-uroven-perspektivnoy-sistemy-mashin-dlya-uborki-i-podgotovki-navoza-k-ispolzovaniyu/viewer
3. Gridnev P.I., Gridneva T.T. The influence of cows production and keeping systems on manure utilization efficiency. Tekhnika i Tekhnologii v Zhivotnovodstve = Machinery and Technologies in Livestock. 2020;4 (40): 88-91. (In Russ.) URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-sistem-soderzhaniya-korov-i-ih-produktivnosti-na-effektivnost-utilizatsii-navoza/viewer
4. Komyakova E.M., Antonova O.I. The composition of cattle and swine manure, features of use and prospects for recycling. Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Bulletin of Altai State Agricultural University. 2020; 6 (188): 63-68. (In Russ.) URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sostav-navoza-krs-i-sviney-osobennosti-ispolzovaniya-i-perspektivy-pererabotki/viewer
5. The Register of Technologies, Machines and Equipment for Dairy Cattle Husbandry in the Leningrad Region. Saint Petersburg: GNU SZNIIMESH of Russian Academy of Agricultural Sciences. 2007. 97 p. (In Russ.)
6. Voronova I.V., Ignatieva N.L., Nemtseva E.Yu. Modern feeding aspects of dairy cows. Vestnik Ul'yanovskoi GSKhA = Vestnik of Ulyanovsk State Agricultural Academy. 2021; 1 (53): 164-168. (In Russ.) URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-aspekty-kormleniya-molochnyh-korov/viewer
7. Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry (B.A. Yagodin (ed.). Moscow: Kolos. 2004. 583 p. (In Russ.)
8. Melnikov S.V., Kaliuga V.V., Khazanov E.E. Reference book on mechanization of animal husbandry. Leningrad: Kolos. 1983. 297 p. (In Russ.)
9. Kovalev S.V., Gordeev V.V., Mironova T.Y. Analysis of water use on cattle farms. AgroEkoInzheneriya = AgroEcoEngineering. 2023; 2 (115): 108-123. (In Russ.) URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-vodopolzovaniya-na-fermah-krs/viewer
10. Skorb I.I. Research of rheological properties of liquid bedding-free manure during its accumulation and storage. In: Innovative Solutions in Technologies and Mechanisation of Agricultural Production: Coll. Sci. Papers. Gorki: Belarusian State Agricultural Academy. 2020; 5: 324-328. (In Russ.) URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=bqbtmz
Об авторах About the authors
Слиган Михаил Евгеньевич, ведущий инженер отдела агроэкологии в животноводстве, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства -филиал ФНАЦ ВИМ, Фильтровское шоссе, д. 3, п. Тярлево, Санкт-Петербург, 196634, Россия. sligam.mihail@yandex.ru ORCID: 0009-0002-8064-3809 Michael E. Sligan, leading engineer, Department of Agroecology in Animal Production, Institute of Agroengineering and Environmental Problems of Agricultural Production - branch of FNAC VIM, Filterovskoje shosse, Tiarlevo, Saint Petersburg, 196634, Russia, sligam.mihail@yandex.ru, ORCID: 0009-0002-8064-3809.
Гордеев Владислав Владимирович, канд. техн. наук, доцент, ведущий научный Vladislav V. Gordeev, Cand. Sc. (Engineering), Associate Professor, leading researcher,
сотрудник отдела агроэкологии в животноводстве, Институт агроинженерных и экологических проблем
сельскохозяйственного производства -филиал ФНАЦ ВИМ, Фильтровское шоссе, д. 3, п. Тярлево, Санкт-Петербург, 196634, Россия. vladgordeev@mail.ru, ОЯСГО 0000-0001-6181-396Х Заявленный вклад авторов М.Е. Слиган - сбор, анализ и обобщение литературных данных, создание черновика рукописи, оформление окончательного варианта.
В.В. Гордеев - руководство исследованием, концептуация, редактирование. Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи к публикации.
Статья поступила в редакцию: 09.09.2024 Одобрена после рецензирования:
27.09.2024
Принята к публикации: 08.10.2024
Department of Agroecology in Livestock, Institute of Agroengineering and Environmental Problems of Agricultural Production - branch of FNAC VIM, Filtrovskoje shosse, Tiarlevo, Saint Petersburg, 196634, Russia.
vladgordeev@mail.ru, ORCID 0000-0001-6181-396X
Authors' contribution
Michael E. Sligan - collecting, analyzing and summarizing literature data, creating a draft manuscript, and drafting the final version. Vladislav V. Gordeev - research leadership, conceptualization, editing.
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this paper. The authors have read and approved the final version of the manuscript for publication.
Received: 09.09.2024
Approved after reviewing: 27.09.2024
Accepted for publication: 08.10.2024
