CC BY
243
УДК 636.087
УНИВЕРСАЛЬНАЯ БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И СРЕДСТВА ПЕРЕРАБОТКИ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА В ОРГАНИЧЕСКОЕ УДОБРЕНИЕ И ДОБАВКУ В КОРМ ЖИВОТНЫМ
В.А. Мыскин, магистрант
В.П. Капустин, доктор технических наук
Ю.В. Родионов, доктор технических наук
ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет»
E-mail: [email protected]
И.В. Иванова, кандидат технических наук
Тамбовский филиал ФГБОУ ВО «МичГАУ»
E-mail: [email protected]
Аннотация. Статья посвящена технологии переработки птичьего помета в органический энергоноситель, удобрение и продукт добавки в корм животных. Подтверждается актуальность проблемы переработки и использования органических отходов животноводства и птицеводства с учетом снижения отрицательного воздействия на окружающую среду и сохранения плодородия почвы. Представлены результаты испытания технологии получения минерального органического удобрения и органического продукта «пудрета» из птичьего помета для добавки в корма животным. С помощью технологии двухступенчатой конвективной вакуум-импульсной сушки производительность в зависимости от влажности помета составила 100-120 кг/ч, температура на входе в конвективную сушилку с взвешенным слоем составила 150 и на выходе 100-110 °С. В готовом продукте «пудрет» влажностью 10-11% сухое вещество составило 88,2%, из которых: зола - 21,5; сухой протеин - 13,3; сырой жир - 2,54; сырая клетчатка - 33,6; фосфор - 5,02; кальций - 38,28; безазотистые вещества - 18,72%. В корм крупному рогатому скоту «пудрет» добавляют в количестве 20-30% от объема корма в рационе, свиньям - 25%. «Пудрет» является питательным кормом. Процентное содержание протеина и жира в «пудрете» больше, чем в зерне пшеницы, ржи, ячменя и овса. Разработана технологическая схема для переработки птичьего помета в пелле-ты для сжигания и дальнейшего использования полученной золы в качестве органического удобрения. Основным аппаратом является конвективная сушилка с взвешенным слоем с возможностью создания герметичного пространства для осуществления вакуумирования. Предлагается двухступечатая конвективная вакуум-импульсная сушилка (КВИ) производительностью 100-120 кг/ч; процесс осуществляется при сниженных температурах. Дезинфекция помета осуществляется озонацией. Все контролируемые процессы автоматизированы.
Ключевые слова: двухступенчатая КВИ сушка, птичий помет, удобрение, «пудрет».
Введение. Повышение урожайности зерновых культур до 40-60%, запланированное в «Стратегии машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года», можно осуществить при использовании новых технологий для производства органических и минеральных удобрений, что позволяет управлять продукционным процессом в сельскохозяйственном производстве. Вместе с тем за последние 1520 лет произошло резкое сокращение поголовья крупного рогатого скота, свиней и
птицы - основных производителей органических удобрений [1].
Проблема использования органических отходов животноводческих комплексов и птицефабрики в больших количествах, в первую очередь, бесподстилочного навоза, а также стоков птицефабрик, остается актуальной. При этом ужесточились требования к охране окружающей среды в связи с заменой дорогостоящих минеральных удобрений на местные органические, в первую очередь - навозные стоки и птичий помет. Приказом
Journal of VNIIMZH №3(31)-2018
61
ООО «Агенство «Ртутная безопасность» от 11 апреля 2017 года утверждена цена на 1 т размещаемого помета куриного свежего, которая составляет 1999 руб. [2].
При современных условиях содержания и выращивания домашней птицы от одной птицефабрики средней мощности (400 тыс. кур несушек или 6 млн цыплят бройлеров) в год поступает до 40 тыс. т птичьего помета. К переработке и использованию такого количества отходов птицефабрики не подготовлены, из-за чего птичий помет накапливается, теряет свои ценные качества и приобретает серьезную экологическую опасность для окружающей среды.
Методика исследований. В России функционируют более 160 крупных животноводческих предприятий, свинокомплексов и птицефабрик. Каждая корова ежедневно производит в среднем 40 кг навоза, свинья -10 кг, бройлер - 100 г. В общей сложности каждый день в стране производится более 450 тыс. т помета, навоза и стоков, из которых почти половина никак не используется. Около 20% птичьего помета остается на временном хранении в специальных помето-хранилищах или площадках для компостирования, которые могут быть источником потенциальной опасности для природы (кишечная палочка, патогенные микроорганизмы, яйца и личинки гельминтов), а 5% вывозится на поля в качестве удобрения. Вместе с тем, после качественной переработки он превращается в высокоэффективное органическое удобрение, являющееся источником углерода для воспроизводства гумуса в почве. Птичий помет - самый ценный из органических удобрений, так как содержит большое количество питательных элементов в доступном для растений виде.
По данным экологической комиссии Европейского Совета, свыше 80% аммиака, загрязняющего атмосферный воздух, и 10% метана, разрушающего озоновый слой, поступают из навоза, помета при несвоевременной их заделке в почву, хранении в открытых накопителях. Эта проблема является общепланетарной для всего человечества. Даже компосты, приготовленные традици-
онным способом, не гарантируют безопасности окружающей среды [4]. По данным Всероссийского НИИ птицеводства (ВНИИП), в птичьем помета влажностью 70-75% содержатся (в %): азота - 0,8-1,2; сухого вещества - 34,5-48,3; золы - 14-40, в том числе кальция - до 8,5; магния - 0,019-0,044; фосфора -2-3; сырого жира (эфирный экстракт) - 2,94,5; сырой клетчатки - 14,25; безазотистых экстрактивных веществ - 46-48; меди -0,0025-0,0094; железа - 0,01-0,04; цинка -0,0004-0,006; марганца - 0,5-1,0 [5].
Установлено, что внесение свежего навоза и птичьего помета в почву не дает должного эффекта в первый год, так как потребуется длительное время для развития микроорганизмов «обособленной микрофлоры», разлагающей свежее органическое вещество помета в доступные формы питания для растений [6]. Отдельные хозяйства нашей страны и за рубежом подвергают помет предварительной термической обработке путем сушки при температуре свыше 800°С, при которой им приобретаются сыпучие свойства, но сохраняются не все органические питательные вещества.
Многочисленные исследования и производственный опыт отдельных птицефабрик Московской, Свердловской и других областей показывают, что сухой помет от здоровой птицы при сушке и хранении с соблюдением ветеринарных требований может быть хорошим удобрением и источником азотистого питания для жвачных животных.
Концентрация поголовья птицы на крупных птицефабриках поставила проблему утилизации птичьего помета с сохранением в нем всех питательных веществ. Однако при хранении птичьего помета в переработанном виде на открытой площадке в течение трех-четырех месяцев теряется до 50-60% азота. При ускоренной и своевременной сушке помета потеря азота не превышает 4-6%. Следует отметить, что для сушки пригоден помет влажностью 58-62%. При большей влажности помет имеет высокие адгезионные свойства, тем самым сокращая рабочий объем аппаратов, прилипая к его стенкам. Добавление опилок и соломы к помету влаж-
ностью свыше 65% или его обезвоживание к желаемому результату не приводит. Была разработана и внедрена на племзаводе «Ар-женка» Рассказовского района Тамбовской области технологическая линия приготовления высокопитательного корма «пудрет» из птичьего помета [7].
Данный продукт при использовании в корм жвачным животным зарекомендовал себя с положительной стороны. Согласно технологии, из помещений бройлеров помет скребковыми транспортерами выгружается в транспортные тележки, которые подвозят его к загрузочному транспортеру. По сушильному барабану помет перемещается в прямоточном режиме, т.к. он относится к термолабильным веществам. Пройдя сушильный барабан, масса попадает в циклон, где происходит отделение пылеобразных частиц и посторонних примесей. Из циклона конечный продукт с помощью дозатора и выгрузных шнеков поступает в тару и складируется. Для осуществления ускоренной сушки помета при сохранении максимального количества питательных веществ температура на входе в сушильный барабан была равна 752 °С, а на выходе - 150 °С. Производительность агрегата в этом режиме в зависимости от влажности исходного помета составила 0,6-0,8 т/ч, влажность высушенного помета - 10-11%.
Анализ результатов показывает, что содержание протеина и жира в «пудрете» больше, чем в зерне пшеницы, ржи, ячменя и овса. Цвет «пудрета» бурый. Хранить его следует только в сухом помещении. При незначительном увлажнении он приобретает запах свежего помета. «Пудрет» использовался в корме свиньям в количестве до 25%, в рационе крупного рогатого скота на откорме - до 20-30%. Таким образом, обработанный при высокой температуре куриный помет дает дополнительную прибыль за счет использования в качестве подкормки животных и, что не менее важно, не влияет отрицательно на окружающую среду, но использование высоких температур влечет за собой разрушение некоторых важных органических веществ.
Обсуждение и результаты исследований. В настоящее время разработано много способов и средств переработки птичьего помета. Помет служит прекрасным сырьем для получения альтернативного топлива (твердого, газообразного и жидкого) и биологически активных веществ, является самым доступным источником сырьевых ресурсов не только в хозяйстве, но и в химической, топливной, энергетической, биологической, медицинской и других отраслях промышленности.
Вместе с тем следует отметить, что надежных и экономически эффективных способов и средств переработки помета пока не найдено. Существующие технологии требуют строгого поддержания заданной температуры и влажности независимо от времени года, с отклонением температуры не более 1°С и влажности не более 1%. Используемые технологии и оборудование для утилизации помета основаны на использовании различных методов его переработки, в том числе нетрадиционных.
Например, к ним относятся прямое сжигание помета и подстилки, выработка из них топливных брикетов или пеллет. Так как птичий помет является одним из ценнейших органических удобрений, то его необходимо после переработки использовать, в основном, по прямому назначению - сохранению плодородия почвы и гумуса.
Таблица. Химический состав полученного _продукта «пудрет»_
Наименование параметра Содержание, %
Влажность 11,8
Сухое вещество 88,2
Сырая зола:
в натуральном веществе в абсолютно-сухом веществе 21,5 24,38
Сырой протеин:
в натуральном веществе 13,03
в абсолютно сухом веществе 2,88
Сырая клетчатка:
в абсолютно сухом веществе 33,6
в натуральном веществе 38,06
Фосфор: в абсолютно сухом веществе 5,02
в натуральном веществе 5,67
Кальция:
в натуральном веществе в абсолютно-сухом веществе 38,28 43,30
Безазотистые вещества 18,72
Лоигпа! оГ VNIIMZH №3(31)-2018
63
На основе анализа опыта сушки куриного помета и имеющегося современного оборудования разработана технологическая схема сушки куриного помета (рис. 1). Разработанная технологическая схема направлена на переработку птичьего помета и дальнейшего получения из него твердого топлива в виде пеллет, а также для получения «пудрета». Причем универсальная предлагаемая технология переработки позволяет автоматизировать производство и уничтожать неприятные запахи непосредственно в цехе. Исходный птичий помет влажностью 60-75% высушивается до влажности 8-12%.
В результате сушки куриного помета получают сухой помет различной фракции по крупности от 0,1 до 30 мм. Фракция размером от 15 до 30 мм направляется на дробление для получения заданных параметров 215 мм. Установка содержит уравнитель-накопитель 1 для проведения процесса первоначального снижения влажности с целью уменьшения адгезионных свойств птичьего помета посредством использования сухой пыли, образующейся как отход основной переработки.
Рис. Технологическая схема сушки птичьего помета: 1 - уравнитель-накопитель; 2 - питатель; 3 - измельчитель; 4 - винтовой конвейер; 5 - конвективная вакуум-импульсная сушилка; 6 - озонатор; 7 - теплогенератор; 8 - нагнетатель; 9 - жидкостно-кольцевой вакуумный насос; 10 - циклон; 11 - дезодоратор
Уравнитель-накопитель 1 представляет собой пирамидообразную емкость с расположенным в днище шнеком для перемещения и частичного смешивания птичьего помета с сухой пылью. Уравнитель-накопитель 1 через питатель 2 связан с измельчителем 3, который через винтовой конвейер 4 подключен к универсальной двухступенчатой КВИ сушилке 5, в которой осуществляется сушка конвективным во взвешенном слое и вакуум-импульсным способами. В сушилке 5 одновременно может производиться сушка и обеззараживание за счет подачи озона из озонатора 6. Озонация производится проточным или накопительным способом за счет герметизации сушилки 5. Озонация птичьего помета важна при получении «пудрета», так он в дальнейшем используется в качестве биодобавки к корму.
Теплоноситель подается в сушилку из теплогенератора 7 с температурой 150 °С. Для создания взвешенного слоя теплоноситель подается через нагнетатель 8. Отработанный после сушки теплоноситель из сушилки 5 по трубопроводу подается в измельчитель 3, откуда через циклон 10 поступает в дезодоратор 11. После чего выбрасывается в атмосферу. Поступающий в измельчитель 3 из сушилки 5 теплоноситель позволяет обеспечить первоначальный нагрев перемешиваемого птичьего помета, что приводит к снижению общих энергозатрат процесса сушки и положительным образом влияет на себестоимость готового продукта. Ввиду того, что из сушилки подается влажный отработанный теплоноситель, то в измельчитель 3 также осуществляется подвод сухой пыли помета. К сушилке 5 подключен жидкостно-кольцевой вакуумный насос 9 (ЖВН) [8], посредством которого на стадии досушки производится создание вакуума с целью интенсификации процесса снижения температуры и времени сушки. Подключение ЖВН в схему важно при использовании установки для получения «пудрета», т.к. некоторые органические соединения, содержащиеся в нем, термолабильны. Расход сухого газа на сушку составляет 3,896 кг/с; расход сухого воздуха =18°С, влажность 72%) - 3,315 кг/с; расход
топлива на сушку - 0,0467 кг/с; расход энергии на процесс сушки - 197 кВт/ч, что меньше на 16,3% по сравнению с барабанной сушилкой в технологической линии за счет использования вакуума. Предполагается после сжигания пеллет полученную золу использовать в качестве удобрения, тогда технологию можно назвать безотходной технологией обработки отходов птицеводства. Кроме того, данную технологическую схему можно использовать для получения «пудрета», используя в качестве сушильной технологии двухступенчатую КВИ сушку, позволяющую после обработки высокой температурой и обеззараживания птичьего помета получить конечную влажность продукта в течение часа.
Выводы. В результате работы была разработана универсальная технологическая схема переработки птичьего помета. Из отходов птицеводства возможно получить пел-леты для сжигания (органический энергоноситель), удобрение для поддержания плодородия почвы, «пудрет» - биодобавку для формирования кормовой базы животноводства. Использование двухступенчатой КВИ сушильной технологии позволит повысить качество вырабатываемых продуктов и снизить общие энергетические затраты.
Литература:
1. Стратегия машинно-технологической модернизации с. х. России на период до 2020 г. М., 2009. 80 с.
2. www.rtut-arb.ru
3. Лукьянов В.Н. Современное оборудование для утилизации помета // Аграрный эксперт. М., 2008. С.22.
4. Рекомендации по системам удаления и подготовки к использованию навоза для различных производственных и природно-климатических условий. М., 2005.
5. Опыт безопасного использования органических отходов животноводства и птицеводства. М., 2006. 60 с.
6. Биология термофильных микроорганизмов. М., 1986.
7. Капустин В.П. Технология приготовления корма для животных из птичьего помета. Тамбов, 1985. 4 с.
8. Пат. №2492359. Жидкостно-кольцевая машина / Горбачев Р.Ю. и др. Опубл. 07.11.11
Literatura:
1. Strategiya mashinno-tekhnologicheskoj modernizacii s. h. Rossii na period do 2020 g. M., 2009. 80 s.
2. www.rtut-arb.ru
3. Luk'yanov V.N. Sovremennoe oborudovanie dlya uti-lizacii pometa // Agrarnyj ehkspert. M., 2008. S.22.
4. Rekomendacii po sistemam udaleniya i podgotovki k ispol'zovaniyu navoza dlya razlichnyh proizvodstvennyh i prirodno-klimaticheskih uslovij. M., 2005.
5. Opyt bezopasnogo ispol'zovaniya organicheskih othod-ov zhivotnovodstva i pticevodstva. M., 2006. 60 s.
6. Imsheneckij A.A. Biologiya termofil'nyh mikroorga-nizmov. M., 1986. 213 s.
7. Kapustin V.P. Tekhnologiya prigotovleniya korma dlya zhivotnyh iz ptich'ego pometa. Tambov, 1985. 4 s.
8. Pat. №2492359. ZHidkostno-kol'cevaya mashina / Gorbachev R.YU. i dr. Opubl. 07.11.11
UNIVERSAL WASTE-FREE TECHNOLOGY AND MEANS FOR POULTRY DUNG IN ORGANIC FERTILIZER
PROCESSING AND ANIMAL FEED ADDITIVE
V.A. Myskin, magistrant V.P. Kapustin, doctor of technical sciences Yu.V. Rodionov, doctor of technical sciences FGBOU "Tambov state technical university" I.V. Ivanova, candidate of technical sciences Tambov filial of FGBOU VO "MichGAU"
Abstract. The article is devoted to the technology of poultry dung into organic energy, fertilizer and product additives in animal feed processing. The actuality of livestock and poultry organic waste using and processing problem, taking into account the negative impact on the environment reduction and soil fertility preservation is proved. The results of mineral organic fertilizer and "pydret" organic product from poultry dung for animals feed addition obtaining technology test are presented. With the two-stage convective vacuumimpulse drying technology the productivity depending on the litter humidity was 100-120 kg/h, the temperature at the inlet to the convection dryer with a suspended layer was 150 and at the outlet 100-110 °C. In the ready product "pydret" with humidity of 10-11% dry matter was equal to 88,2%, include: ash - 21,5; dry protein - 13,3; crude fat - 2,54; crude fiber - 33,6; phosphorus -5,02; calcium - 38,28; nitrogen-free substances - 18,72%. In cattle feed "pydret" is added in an amount of20-30% of feed rations' volume, pigs ones - 25%. "Pydret" is a nutritious food. The protein and fat percentage in the "powder" is greater than in wheat, rye, barley and oats grains. A technological scheme for poultry dung processing into pellets for combustion and further ash using as an organic fertilizer obtaining was developed. The main apparatus is a convective dryer with a suspended layer and the possibility of sealed space for vacuuming creating. A two-stage convective vacuum-impulse dryer (KVE) with a capacity of 100-120 kg/h is proposed; the process is carried out at reduced temperatures. Dung disinfection is carried out by ozonation. All controlled processes are automated. Keywords: two-stage KVE dryer, poultry dung, fertilizer, "powder".
Journal of VNIIMZH №3(31)-2018
65
