CC BY
64
Sesame (Sesamum indicum) L.) Seeds. 2005. Asian Journal of Plant Sciences. No.4: 449454 D01:10.3923/ajps.2005.449.454
11. Baranov D. A., Blinichev V. N., Vyazmin A. V. Protsessy i apparaty khimicheskoi tekhnologii. Yavleniya perenosa, makrokinetika, podobie, modelirovanie, proektirovanie vol.2. Mekhanicheskie i gidromekhanicheskie protsessy [Processes and devices of chemical technology. Transport phenomena, macrokinetics, similarity, modeling, design. Vol. 2: Mechanical and hydromechanical processes: a textbook for universities in chemical technology areas and specialties]. Moscow: Logos Publ. 2002: 600 (In Russian).
12. Bushmelev A. V. Modelirovanie protsessov smesheniya i uplotneniya tonkodispersnykh materialov v novom apparate tsentrobezhnogo deistviya : dis. ... kand. tekhn. nauk [Modeling of processes of mixing and compaction of finely dispersed materials in a new apparatus of centrifugal action. Thesis Cand. Sci. (Engineering)]. Yaroslavl': YaGTU. 2007: 148 (In Russian).
13. Lebedev, A. E., Zaitsev A. I. Novye apparaty dlya pererabotki dispersnykh materialov v razrezhennom sostoyanii. Teoriya i raschet [New facilities for the processing of dispersed materials in a diluted state. Theory and calculation]. Yaroslavl': YaGTU Publ. 2015: 200 (In Russian)
РАЗДЕЛ III ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА
УДК 636.2 Б01 10.24411/0131-5226-2020-10269
МЕТОД РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ БЕТОНИРОВАННОЙ ПЛОЩАДКИ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ НАВОЗА ПАССИВНЫМ КОМПОСТИРОВАНИЕМ
Е.В. Шалавина, канд. техн. наук; А.Ю. Брюханов, д-р техн. наук;
Э.В. Васильев, канд. техн. наук; Н.С. Васильева ;
Р.А. Уваров, канд. техн. наук; Е.А. Воробьева
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Разработка метода расчета размеров бетонированной площадки для переработки навоза в твердое органическое удобрение является в настоящее время актуальной задачей. Данный метод включает также укрупненный расчет экономических затрат на технологическое решение утилизации навоза методом пассивного компостирования. Разработанный метод расчета апробирован на более чем двадцати животноводческих комплексах Ленинградской области. В статье он представлен на примере двух пилотных предприятий. Пилотное предприятие 1 - это комплекс КРС с поголовьем 2119 голов, на котором применена технология разделения навоза на фракции. Ежесуточно на предприятии образуется 92 тонны твердой фракции навоза средней влажностью 68%. Для данного комплекса КРС обоснована бетонированная площадка для компостирования размером 110 х 70 м. На ней размещаются 9 буртов размером 50 х 6 х 3 м (объем одного бурта, в среднем, составляет 450 м3). На площадке предусмотрена зона накопления твердой фракции навоза. Пилотное предприятие 2 -это комплекс КРС с поголовьем 2188 голов, на котором также применена технология разделения навоза на фракции. На предприятии образуется подстилочный навоз и твердая фракция бесподстилочного навоза. Ежесуточная масса смеси компонентов (твердая фракция навоза и подстилочный навоз) составляет 51 тонну со средней влажностью 75%. Для данного комплекса КРС обоснована бетонированная площадка для компостирования размером 110 х 90 м. На ней размещаются 10 буртов размером 80 х 6 х 3 м (объем одного бурта, в среднем, составляет 720 м3). На площадке предусмотрены зоны накопления компонентов смеси и зона смешивания компонентов перед укладкой в бурты. В рамках проведенных исследований с применением ряда общих и частных методик рассчитаны усредненные экономические показатели на переработку навоза методом пассивного компостирования для комплекса КРС. Удельные капитальные затраты на утилизацию навоза составили 1900-2495 рублей на 1 тонну. Удельные эксплуатационные затраты на утилизацию навоза составили 535-575 рублей на 1 тонну.
Ключевые слова: навоз, пассивное компостирование, бетонированная площадка, экономические затраты.
Для цитирования: Шалавина Е.В., Васильев Э.В.,Уваров Р.А., Брюханов А.Ю., Васильева Н.С. Воробьева Е.А. Метод расчета размеров бетонированной площадки при переработке навоза методом пассивного компостирования // АгроЭкоИнженерия. 2020. №4(105). С. 90-101
DIMENSIONING OF A CONCRETED PAD FOR MANURE PROCESSING BY PASSIVE
COMPOSTING
E.V. Shalavina, Cand. Sc. (Engineering); E.V. Vasilev, Cand. Sc. (Engineering); R.A. Uvarov, Cand. Sc. (Engineering) ;
A.Yu. Briukhanov, DSc (Engineering);
N.S.Vasileva;
E.A.Vorobyeva
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production - IEEP -branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
A currently important task is to develop a calculation method for dimensioning concrete pads for processing manure into a solid organic fertiliser. This method should also include an aggregated calculation of economic costs associated with a technological solution for manure utilization by passive composting. The developed calculation method was tested on more than twenty livestock farms in the Leningrad Region. The paper presents this method on the example of two pilot enterprises. Pilot farm 1 was a cattle rearing complex with an animal stock of 2119 head with the technology of manure separation into fractions. Every day the enterprise produced 92 tons of solid fraction of manure with an average 68% moisture content. A concrete composting pad with the dimensions of 110 x 70 m was justified for this cattle complex. In accommodated 9 clamps of 50 x 6 x 3 m, with the volume of one clamp being 450 m average. The pad had a zone to accumulate the solid fraction of manure. Pilot farm 2 was a cattle rearing complex with an animal stock of 2,188 head, which also used the technology of manure separation into fractions. The enterprise produced bedding manure and solid fraction of bedding-free manure. The daily mass of the mixture of components, i.e. the solid fraction of manure and bedding manure, was 51 tons with 75% moisture content average. A concrete composting pad with dimensions of 110 x 90 m was justified for this cattle complex. It accommodated 10 clamps of 80 x 6 x 3 m, with the volume of one clamp being 720 m3 average. The pad had the zones for the accumulation of the mixture components and a zone for mixing the components before clamping. The study also made use of general and specific calculation procedures to determine the averaged economic indicators for manure processing by passive composting for the cattle complex. The specific capital costs for manure utilization amounted to 1900-2495 roubles per 1 ton; unit operating costs for manure utilisation amounted to 535-575 roubles per 1 ton.
Key words: manure, passive composting, concrete pad, costs
For citation: Shalavina E.V., Vasilev E. V., Uvarov R.A., Briukhanov A.Yu., Vasileva N.S., Vorobyeva E.A. Dimensioning of a concreted pad for manure processing by passive composting. AgroEcoEngineering. 2020. No.4(105): 90-101(In Russian)
Введение удобрение методом пассивного
Соотношения привязного и беспривязного содержания крупного рогатого скота (КРС) на примере Ленинградской области составляет примерно равные доли привязном содержании КРС твердый подстилочный навс перерабатывается в органическое
компостирования. Технология основана на естественном биологическом обеззараживании навоза в смеси с влагопоглощающими материалами либо без них. Смесь укладывается в бурты, имеющие следующие характеристики: ширина 6 м, высота 3 м, длина не ограничена [4]. Для экологически безопасной переработки навоза в
органическое удобрение необходимо, чтобы размеры бетонированной площадки были достаточны для размещения в буртах требуемого объема компостной смеси, накопления навоза и влагопоглощающего материала,
смешивания компонентов смеси и организации технологических проездов технических средств при работе с навозом.
Средняя влажность компостной смеси должна составлять не более 75%. Если влажность навоза менее 75%, применение влагопоглощающего материала не обязательно [4].
В результате многочисленных обследований сельскохозяйственных предприятий Ленинградской области установлено, что доля бетонированных площадок для переработки твердого навоза в органическое удобрение, удовлетворяющих требованиям охраны окружающей среды, составляет 30-50% [5-8]. Анализ данных показал, что многие бетонированные площадки переполнены, избыточные массы навоза складируются навалом без замешивания в нужных пропорциях с влагопоглощающим материалом и соблюдения размеров буртов, что приводит к загрязнению территории хранилищ по периметру, стеканию стоков за пределы бетонированной площадки [9-12].
Цель работы - разработать порядок расчета требуемых размеров
бетонированной площадки в зависимости от массы и влажности перерабатываемого навоза.
Материал и методы
На бетонированной площадке для переработки навоза в органическое удобрение размещаются:
- требуемое количество буртов;
- зона накопления навоза;
- зона накопления влагопоглощающего материала;
- зона смешивания навоза и влагопоглощающего материала;
- технологические проезды для фронтального погрузчика, трактора и прицепа.
Масса влагопоглотителя определяется по формуле 1:
Мв = ^
(1)
1УС-1У„ '
где: Wи - влажность исходного навоза, %.
Wп - влажность влагопоглощающего материала, %;
Wс - влажность компостной смеси для приготовления буртов, %;
Мв - масса влагопоглотителя на 1 тонну навоза, т.
Масса всего пассивно компостируемого навоза определяется по формуле 2:
Мк = Q ■ tnK ,
(2)
где Мк - масса компостируемого навоза, т;
1;пк - время пассивного компостирования навоза, сутки;
Q - масса навоза за год, т.
Масса всей смеси для приготовления буртов определяется по формуле 3:
Мс = Q ■ triK + Q ■ triK ■
где M с - масса смеси, т.
Wc - w'
(3)
Объем смеси определяется по формуле 4:
(4)
Мс
V с = —,
р с
d l к = d I б + 2- г 1 ,
(5)
Кб =
Мс A-d I б '
(6)
мобильного накопления материала.
транспорта и времени влагопоглощающего
При переработке навоза методом пассивного компостирования расстояния между крайними буртами и краем бетонированной площадки (г1, м) и расстояние между буртами (г2, м) выбирается исходя из габаритов используемой техники. Ширина бурта 6м, высота 3 м, длина произвольная.
Минимальная ширина площадки компостирования определяется по формуле 7:
5 Ы = в-Кб + г 2-( Кб-1) + 2- г 1 , (7)
Зная габаритные размеры площадки компостирования, можно определить затраты Рк на ее постройку, формула 8:
Р к = s t б - s Ы - d l к,
(8)
где: рс - плотность смеси, кг/м ; Ус - объем смеси, м .
Минимальная длина площадки
компостирования определяется по формуле 5:
где: - длина бурта компостирования,
м;
- минимальная длина площадки компостирования, м.
Количество буртов рассчитывается исходя из объема компостируемой смеси и определяется по формуле 6:
где - площадь сечения бурта, м2. В нашем случае А=9 м .
Размер зоны смешивания навоза с влагопоглощающим материалом и хранения исходных компонентов для смешивания определяется индивидуально исходя из размеров используемого
где st6 - стоимость строительства 1 м площадки, тыс. руб.
К эксплуатационным затратам относится и стоимость
влагопоглощающего материала Zvl, тыс. руб., которая определяется как произведение требуемого
влагопоглощающего материала, т в год на стоимость 1 тонны влагопоглощающего материала. Капитальные и
эксплуатационные затраты
рассчитываются по известным методикам [12].
Результаты и обсуждение
Разработанный метод расчета апробирован более чем на 20 животноводческих комплексов
Ленинградской области. В качестве примера представлены 2 пилотных предприятия.
Пилотное предприятие 1
Комплекс КРС с поголовьем 2119 голов, на котором применена технология разделения навоза на фракции. Ежесуточно на предприятии образуется
92 тонны твердой фракции навоза средней влажностью 68%. Твердая фракция перерабатывается в органическое удобрение методом пассивного компостирования без применения влагопоглощающих материалов. При закладке твердой фракции в бурты оценено отношение С/К, которое составило 16,2. Данное значение находится в диапазоне допустимых значений 15...20.
Для данного комплекса КРС обоснована бетонированная площадка с размерами 110 х 70 метров. На бетонированной площадке
компостирования размещаются 9 буртов с размерами 50 х 6 х 3 метра (объем бурта составляет 450 м ). На площадке предусмотрена зона накопления твердой фракции навоза (рисунок 1 а).
Пилотное предприятие 2
Комплекс КРС на 2188 голов, на котором применена технология разделения навоза на фракции. На предприятии применяется привязная и беспривязная технология содержания животных. В животноводческих помещениях с привязной системой содержания животных образуется твердый подстилочный навоз. Жидкий навоз из помещений содержания животных с беспривязной системой
№ 4(105)2020
содержания подается на сепаратор. В результате на бетонированную площадку транспортируется ежесуточно 30 тонн подстилочного навоза средней влажностью 80% и 21 тонна твердой фракции навоза средней влажностью 68%. В результате ежесуточная масса смеси компонентов (твердая фракция навоза и подстилочный навоз) составляет 51 тонна со средней влажностью 75%. При компостировании дополнительный
влагопоглощающий материал не применяется. При закладке компостной смеси в бурты оценено отношение С/К, которое составило 15,1. Данное значение находится в диапазоне допустимых значений 15.20.
Объем компостной смеси за сутки (при рыхлой укладке) составляет 80 м . Трехмесячный объем смеси составляет 7200 м3.
Для данного комплекса КРС обоснована бетонированная площадка с размерами 110 х 100 метров. На бетонированной площадке
компостирования размещаются 10 буртов с размерами 80 х 6 х 3 метра (объем бурта составляет 720 м). На площадке предусмотрены зоны накопления компонентов смеси и зона смешивания компонентов перед укладкой в бурты (рисунок 1 б).
б
Рис. 1. Схема бетонированной площадки
а - Пилотное предприятие 1; б - Пилотное предприятие 2
В рамках проведенных исследований методом пассивного компостирования для рассчитаны усредненные экономические комплекса КРС (таблица 1) [13]. показатели на переработку навоза
Таблица 1
Экономические показатели технологий утилизации (пассивное компостирование)
навоза для фермы КРС
а
Навоз Удобрен ие Уд. кап. затраты на утилизац ию Уд. эксп. затраты на утилизац ию Уд. кап. на получение продукта (удобрения ) Уд. эксп. на получение продукта (удобрения )
т/су т т/год т/год руб/т руб/т руб/т руб/т
109 4000 0 65000 19002495 535-575 1170-1500 330-355
Данные значения могут быть использованы в укрупненных расчетах при проектировании животноводческих комплексов крупного рогатого скота.
Выводы
Обоснована актуальность разработки метода расчета размеров бетонированной площадки для переработки навоза в твердое органическое удобрение. Разработанный метод учитывает и укрупненный расчет экономических затрат на технологическое решение утилизации навоза методом пассивного компостирования.
Разработанный метод расчета апробирован более чем на 20 животноводческих комплексов
Ленинградской области. В качестве примера представлены 2 пилотных предприятия.
Пилотное предприятие 1 - комплекс КРС с поголовьем 2119 голов, на котором применена технология разделения навоза на фракции. Ежесуточно на предприятии образуется 92 тонны твердой фракции навоза средней влажностью 68%. Для данного комплекса КРС обоснована бетонированная площадка с размерами 110 х 70 метров. На бетонированной площадке компостирования размещаются 9 буртов с размерами 50 х 6 х 3 метра
(объем бурта в среднем составляет 450 м3). На площадке предусмотрена зона накопления твердой фракции навоза.
Пилотное предприятие 2 - комплекс КРС с поголовьем 2188 голов, на котором применена технология разделения навоза на фракции. На предприятии образуется подстилочный навоз и твердая фракция бесподстилочного навоза. Ежесуточная масса смеси компонентов (твердая фракция навоза и подстилочный навоз) составляет 51 тонна со средней влажностью 75%. Для данного комплекса КРС обоснована бетонированная площадка с размерами 110 х 90 метров. На бетонированной площадке
компостирования размещаются 10 буртов с размерами 80 х 6 х 3 метра (объем бурта в среднем составляет 720 м3). На площадке предусмотрены зоны накопления компонентов смеси и зона смешивания компонентов перед укладкой в бурты
В рамках проведенных исследований рассчитаны усредненные экономические показатели на переработку навоза методом пассивного компостирования для комплекса КРС. Удельные капитальные затраты на утилизацию навоза составляют 1900-2495 рублей на 1 тонну. Удельные эксплуатационные затраты на утилизацию навоза составляют 535-575 рублей на 1 тонну.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бондаренко А.М., Мирошникова В.В. Технологические аспекты переработки навоза в высококачественные
органические удобрения для
растениеводства // Научный журнал
Российского НИИ проблем мелиорации. 2012. № 4. С. 172-182. 2. Лачуга Ю.Ф., Измайлов А.Ю., Лобачевский ЯП., Шогенов Ю.Х. Развитие интенсивных машинных технологий, роботизированной техники,
эффективного энергообеспечения и цифровых систем в агропромышленном комплексе // Техника и оборудование для села. 2019. № 6. С. 2-9.
3. Брюханов А.Ю., Шалавина Е.В. Анализ образования и накопления животноводческих отходов в Ленинградской области // Экологические проблемы использования органических удобрений в земледелии. Сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Владимир: ФГБНУ ВНИИОУ, 2015. С. 310-317.
4. РД-АПК 1.10.15.02-17 «Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помёта» [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://docs.cntd.ru/document/495876346 (Дата обращения: 20.11.2020)
5. Шалавина Е.В., Васильев Э.В. Алгоритм принятия решений при выборе машинных технологий биоконверсии отходов животноводства // Вестник АПК Ставрополья. 2015. №1 (17). С. 366-370.
6. Брюханов А.Ю., Шалавина Е.В., Уваров Р.А. Логистическая модель управления вторичными ресурсами в АПК // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2017. № 4. С. 38-41.
7. Васильева Н.С., Воробьева Е.А., Минин В.Б., Васильев Э.В. Анализ состояния навозохранилищ Ленинградской области // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 3 (100). С. 179187.
8. Измайлов А.Ю., Шогенов Ю.Х. Интенсивные машинные технологии и техника нового поколения для производства основных групп сельскохозяйственной продукции // Техника и оборудование для села. 2017. № 7. С. 2-6.
9. Ковалев Н.Г., Коровин Л.К., Малунов И.А., Новоскольцев А.В., Подолянчук
B.С., Юлдашев К.С. Концептуальный подход к изменению негативных последствий воздействия на окружающую среду // Региональная экология. 2015. № 5.
C. 50-54.
10. Мазитов Н.К., Шогенов Ю.Х., Ценч Ю.С. Сельскохозяйственная техника: решения и перспективы // Вестник ВИЭСХ. 2018. № 3. С. 94-100.
11. Измайлов А.Ю., Артюшин А.А., Евтюшенков Н.Е., Ерохин М.Н., Левшин А.Г., Дзоценидзе Т.Д., Галкин С.Н. Развитие транспортной инфраструктуры АПК с учётом требований экологии земледелия // Техника в сельском хозяйстве. 2012. № 1. С. 19-21.
12.Приказ Минсельхоза РФ от 06.06.2003 № 792 «Об утверждении методических рекомендаций по бухгалтерскому учету затрат на производство и калькулированию себестоимости продукции (работ, услуг) в сельскохозяйственных организациях». [Электронный ресурс]. http://docs.cntd.ru/document/902066049 (Дата обращения 14.12.2020).
13.Брюханов А.Ю. Метод проектирования и критерии оценки технологий утилизации навоза, помета, обеспечивающие экологическую безопасность. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических
HayK. CaHKT-neTepöypr: CTörAY. 2016: 440 c.
REFERENCES
1.Bondarenko A.M., Miroshnikova V.V. Tekhnologicheskie aspekty pererabotki navoza v vysokokachestvennye organicheskie udobreniya dlya rastenievodstva [Technological aspects of manure recycling in a high-quality organic fertilizer for crop production]. Nauchnyi zhurnal Rossiiskogo NII problem melioratsii. 2012. No. 4: 172-182 (In Russian)
2.Lachuga Yu.F., Izmailov A.Yu., Lobachevskii Ya.P., Shogenov Yu.Kh. Razvitie intensivnykh mashinnykh tekhnologii, robotizirovannoi tekhniki, effektivnogo energoobespecheniya i tsifrovykh sistem v agropromyshlennom komplekse [Development of intensive machine technologies, robotic technology, efficienct energy supply and digital systems in the agribusiness]. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2019. No. 6: 2-9 (In Russian)
3.Bryukhanov A.Yu., Shalavina E.V. Analiz obrazovaniya i nakopleniya zhivotnovodcheskikh otkhodov v Leningradskoi oblasti [Analysis of formation and accumulation of livestock waste in Leningrad Region]. "Ekologicheskie problemy ispol'zovaniya organicheskikh udobrenii v zemledelii - Sbornik nauchnykh trudov Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem. [Proc. Russ. Sci. Prac. Conf. with Int. Participation "Ecological problems of the use of organic fertilizers in agriculture]. Vladimir: FGBNU VNIIOU. 2015: 310-317. (In Russian)
4.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 Complex 1.10.15.02-17. Recommended Practice for Engineering Designing of Systems for Animal and Poultry Manure Removal and Preapplication Treatment]. Available at:
http://docs.cntd.ru/document/495876346 (accessed 20.11.2020) (In Russian)
5.Shalavina E.V., Vasilev E.V. Algoritm prinyatiya reshenii pri vybore mashinnykh tekhnologii biokonversii otkhodov zhivotnovodstva [Decision-making algorithm when choosing machine technologies for bioconversion of animal waste]. Vestnik APK Stavropol'ya. 2015. No.1 (17): 366-370 (In Russian)
6.Briukhanov A.Yu., Shalavina E.V., Uvarov R.A. Logisticheskaya model' upravleniya vtorichnymi resursami v APK [Logistics model of secondary resources management in agricultura (on example of the Leningrad Region]. Ekonomika sel'skokhozyaistvennykh i pererabatyvayushchikh predpriyatii. 2017. No. 4: 38-41 (In Russian)
7.Vasileva N.S., Vorobyeva E.A., Minin V.B., Vasilev E.V. Analiz sostoyaniya navozokhranilishch Leningradskoi oblasti [Survey of manure storages in Leningrad Region]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. 3(100): 179-187 (In Russian)
