CC BY
20
Мобильный агрегат для приготовления и внесения жидких концентрированных органических удобрений
Л.С. Качанова, к.т.н., ФГБОУ ВО Донской ГАУ
В зависимости от технологий содержания животных и птицы на предприятиях образуются значительные объёмы подстилочного, полужидкого и жидкого навоза (помёта). Места хранения органических отходов, как правило, не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям, в связи с чем накапливаемые навоз и помёт представляют прямую угрозу окружающей среде [1, 2]. Существует множество технологий переработки навоза и помёта различной консистенции в органические удобрения, имеющих свои достоинства и недостатки [3, 4]. Наиболее трудоёмким и сложным является процесс переработки жидкого навоза (помёта) в жидкие органические удобрения [5—8].
Существующие технологии разделения жидкого навоза и помёта на твёрдую и жидкую фракции экономически оправданы для переработки жидкого навоза свиноводческих предприятий с поголовьем от 12000 гол. и выше, где разработаны и проверены на практике технологические средства для их реализации, хотя требуют значительных начальных затрат. Весьма затруднительны и экономически не выгодны технологии переработки жидкого навоза КРС и помёта птицеводческих предприятий в органические удобрения, которые сводятся к накоплению значительных их объёмов в навозо- и помётохранилищах с последующей их выгрузкой насосами на близлежащие поля с дозами 200 м3/га и более, что загрязняет окружающую среду и не позволяет получать высококачественные жидкие органические удобрения [9—12].
Одним из перспективных направлений является производство из жидкого навоза (помёта) жидких концентрированных органических удобрений (ЖКОУ), минуя фазы его механического разделения. В настоящее время в мире существует множество биодобавок, которые добавляют в навоз различной консистенции и получают высококачественные органические удобрения. На юге России наиболее распространённой является биологически активная а-добавка (БАД), разработанная ростовским учёным, кандидатом биологических наук П.И. Короленко. Исследованиями установлено, что, попадая в органическую среду (навоз, помёт и др.), БАД способствует быстрому нагреву смеси, её обеззараживанию и насыщению биологически активными элементами, которые, попадая в почву, контактируют с её микрофлорой, способствуя переводу стабильных форм азота, фосфора, калия в почве в лабильные, доступные корневой системе растений.
В Азово-Черноморском институте ФГБОУ ВО ДГАУ (г. Зерноград Ростовской области) разработана технология получения жидких концен-
трированных органических удобрений на основе жидкого навоза и помёта (с использованием БАД) и техническое средство для её реализации — мобильный агрегат для приготовления и внесения их в почву (рис. 1).
Погрузка жидкого навоза (помёта)
Подача а-добавки (БАД)
Мобильный агрегат
Транспортирование с одновременным перемешиванием
Внесение ЖКОУ на поле
Рис. 1 - Технологическая схема производства жидких концентрированных органических удобрений и внесение их на поле мобильным агрегатом
На рисунке 1 видно, что технологический процесс включает операции погрузки жидкого навоза (помёта) в ёмкость технологической машины и подачи БАД. Перемешивание компонентов осуществляется в процессе транспортировки органического продукта на поле к месту его внесения.
Основным элементом данной технологии является мобильный агрегат для приготовления и внесения ЖКОУ.
Цель исследования — разработка функциональной схемы мобильного агрегата для производства и внесения жидких концентрированных органических удобрений и определение его технологических параметров.
Результаты исследования. Мобильный агрегат для приготовления жидких концентрированных органических удобрений и их внесения в почву включает в себя ходовую систему, ёмкость с загрузочным люком и оборудованной предохранительной решёткой для задержки крупных включений дистанционно управляемой крышкой (рис. 2).
Привод перемешивающего устройства осуществляется от ВОМ трактора и представляет собой шнек с правой и левой навивкой от середины его вала и диаметром витка, равным трём диаметрам вала, а также шагом витка, равным 1/2 его диаметра. Шнек установлен с 5-сантиметровым зазором наружной кромки его витка от дна ёмкости. В ёмкости установлены две перфорированные перегородки, расположенные на расстоянии 1/4 длины ёмкости от торцевых стенок в 1/2 верхней части емкости. В задней части ёмкости установлены выгрузное окно, фильтр и запорно-соединительное устройство, к которому крепится поперечная штанга с выгрузными отверстиями (рис. 2).
Растворный мобильный узел работает следующим образом. На участке подачи жидкого навоза из навозохранилища через загрузочный люк в ёмкость машины подаётся навоз и а-добавка (БАД)
Рис. 2 - Схема общего вида мобильного узла машины для приготовления растворов жидких КОУ:
1 - ходовая система; 2 - ёмкость; 3 - загрузочный люк; 4 - предохранительная решётка; 5 - дистанционно управляемая крышка; 6 - шнек; 7 - перфорированные перегородки; 8 - выгрузное окно; 9 - фильтр; 10 - запорно-соединительное устройство
(в порошковидном или жидком виде) в количестве 5% от массы навоза. После закрытия загрузочного люка включается имеющий привод от ВОМ трактора перемешивающий рабочий орган, который подаёт органическую массу в противоположные стороны от центра ёмкости. Потоки жидкости, отражаясь от торцевых стенок, в результате контакта с перфорированными перегородками разбиваются на множество струй, направленных навстречу друг другу, в результате чего значительно активизируется процесс перемешивания компонентов. В процессе движения агрегата на поле процесс перемешивания в ёмкости не прекращается.
Функциональная схема мобильного агрегата для производства ЖКОУ и их внесения в почву представлена на рисунке 3.
Входными параметрами I блока являются плотность навоза (помёта) (р), его влажность (W). Внутренними параметрами I блока являются диаметр трубопровода (фр), марка насоса (МН) для подачи жидкого навоза (помёта).
Входными параметрами II блока являются вид БАД: в твёрдом или жидком концентрированном виде; содержание в ней азота (№), фосфора (Р') и калия (К'). Внутренними параметрами являются диаметр трубопровода для подачи биологически активной добавки (ф'тр), марка насоса (МН').
Входными параметрами III блока являются выходные параметры I и II блоков: плотность (р), влажность (W), содержание азота фосфора (Р), калия (К) в навозе (помёте) и в биологически активной добавке (№, Р', К'), доза добавки (ДБАД).
КУ, Nn, P„, Kn,
p, т/м3
W, %
Вид БАД
N', P', K'
BBK
Подача БАД II Q2
Дбад
N', P', K'
Подача ЖН (П) I Qi
p, t/m
W, %
N, P, K
Перемешивание, транспортирование и внесение ЖКОУ
III
Q3
J
3 S „и 3/
ю о £ S
> d > с
СОВ, %
ДУ, ц/га
Рис. 3 - Функциональная схема мобильного смесителя для производства и внесения жидких концентрированных органических удобрений
Внутренними параметрами III блока являются: марка агрегата (МА), объём ёмкости (V), частота вращения шнека (пшн), площадь перфорации перфорированных перегородок (F^), доза внесения ЖКОУ (Доу), частота и режимные параметры разбрасывающего устройства (РПРУ), качество распределения ЖКОУ по поверхности поля (х). Выходными параметрами III блока являются: содержание органического вещества в ЖКОУ (СОБ) и прибавка урожайности от применения ЖКОУ (ДУ).
Внешними параметрами для I, II и III блоков являются климатические условия (КУ) и содержание в почве азота (N^, фосфора (Рп) и калия (Кп), а также вид выращиваемой культуры (ВВК).
Каждый элемент системы характеризуется основным технологическим показателем — производительностью. В общем виде производительность мобильного смесителя (QMc) характеризуется соотношением:
Qmc=(Qi + Q2) < Q3, где Qi, Q2 и Q3 — производительность соответственно I, II и III блоков, м3/ч.
Для определения основных параметров технологического процесса разработана циклограмма, представленная на рисунке 4.
Применительно к условиям Ростовской области средний радиус перевозок удобрений к местам их внесения составляет 5 км [12]. Принимая рабочую ёмкость мобильного смесителя равной 19 м3, единовременно в неё подаётся 18 м3 навоза (помёта) и одновременно 0,90 м3 БАД (5% от объёма органической массы).
На рисунке 4 видно, что время цикла работы одного агрегата Тц=36 мин. Исходя из производительности насоса для подачи навоза (помёта) Q^ 180 м3/ч, для его эффективной работы потребуется 4 агрегата. В этом случае время одного
цикла 4 агрегатов составляет около 60 мин. При эксплуатационной производительности одного агрегата 32 м3/ч за один цикл четыре агрегата доставят и внесут на поле 128 м3 жидких КОУ. За одну смену вносится 1012 м3 жидких КОУ. При дозе внесения 4 м3/га четыре агрегата обеспечат за 1 смену внесение жидких КОУ на площади 252 га [3]. Высокая производительность агрегатов достигается за счёт совмещения операций загрузки компонентов, транспортировки и перемешивания с последующим поверхностным или внутрипоч-венным внесением жидких КОУ.
Экономическая эффективность применения жидких КОУ подтверждена в результате производственной проверки в ряде хозяйств Ростовской области. В частности, в СПК (колхоз) «Колос» Матвеево-Курганского района себестоимость производства жидких КОУ составляет 671,57 руб/м3 при объёме производства 10904 м3 в год.
Внесение жидких КОУ производилось поверхностно с дозами 4—5 м3/га, после внесения производилась заделка удобрений в почву на глубину до 15 см.
Для определения экономической эффективности разработанной технологии производства и внесения ЖКОУ при возделывании сельскохозяйственных культур проводится сравнение базовой и проектной технологии. При реализации базовой технологии выращивания сельскохозяйственных культур применяются минеральные удобрения и твёрдые органические удобрения, произведённые по традиционной технологии. При реализации проектной технологии возделывания осуществляется сокращение доз минеральных удобрений в 3 раза на фоне применения жидких концентрированных органических удобрений, произведённых при использовании мобильного смесителя.
X I
сг> о
Й ■1 ь Л 4 Возвращение под загрузку ^д=253. \1/с
Внесение ЖКОУ
Перемешивание
Транспортирование
Подача Б АД -
Подача навага
я а в ! Г*) Возвращение под загрузку О =23 Зл/ /см
Внесение ЖКОУ
Перемешнва нне
Трап сп ортнро в аяне
Подача БЛД —
Подача навоза
1 ш - Г. I В с зврз ецеене под загрузку а=253л! /см
Внесение ЖОУ
Перемешивание
Трап сп ортнро- в анже
Подача БЛД
Подача навоза
5 а Г Возвращение под загрузку 0=253л(/ си
Внесение ЖКОУ
П ерем ешнв а. нне
Транспортирование
Подача БЛД —
Подача навоза —
0 5ис. 4 - Циклограмма Т1^=36 мин. м 0 #0 120 150 120
Т4 **=57 мш. Время. ннн 1зв о детва жидких концентрированных органических удобрений в мобильном агрегате с одновременным
технологического процесса прор
о
I
>
их внесением на поле
Прибыль от реализации продукции СПК (колхоз) «Колос» при использовании различных технологий производства органических удобрений
Культура Площадь, га Урожайность, ц/га Валовой сбор продукции, ц Себестоимость, руб/ц Цена реализации, руб/ц Прибыль от реализации продукции, руб.
Пшеница озимая Базовая технология
1142,00 41,70 47621,40 594,9 800 9767108,94
Проектная технология с внесением жидкого КОУ
1142,00 52,00 59384,00 416,69 800 22762574,98
Ячмень яровой Базовая технология
408 29,50 12036,00 449,84 700 3010930,29
Проектная технология с внесением жидкого КОУ
408 39,00 15912,00 392,52 700 4892606,82
Подсолнечник Базовая технология
745 24,60 18327,00 471,22 1 200,00 13356366,12
Проектная технология с внесением жидкого КОУ
745 32,00 23840,00 402,64 1 200,00 19009024,33
Кукуруза на зерно Базовая технология
623 49,70 30963,10 296,89 750 14029765,25
Проектная технология с внесением жидкого КОУ
623 62,00 38626,00 235,29 750 19881139,49
Рост урожайности по рассматриваемым культурам и реализация дополнительной продукции окупает дополнительные затраты и приводит к росту прибыли от реализации в расчёте на один гектар (табл.).
При возделывании озимой пшеницы с применением жидкого КОУ рост прибыли составил 11379,57 руб/га, ярового ячменя — 11991,68 руб/га, подсолнечника — 7587,46 руб/га и кукурузы на зерно — 9392,25 руб/га. Прирост прибыли от реализации продукции растениеводства СПК (колхоз) «Колос» составил 26381175,02 руб.
При применении жидких КОУ рентабельность производства ярового ячменя повысится на 22,72% и достигнет 78,33%, подсолнечника — на 43,37% и достигнет 198,03%, озимой пшеницы — на 57,51% и достигнет 91,99%, кукурузы на зерно — на 66,13% и достигнет 218,75%.
Срок окупаемости дополнительных капвложений при реализации технологии для производства жидких КОУ составляет 0,22 года при индексе доходности дополнительных капвложений 23,82% и чистом дисконтированном доходе 130226,32 тыс. руб.
Выводы. Предложенная функциональная схема мобильного смесителя в составе агрегата позволяет оптимизировать входящие потоки по каждому выделенному блоку, что в конечном итоге позволит в результате внесения жидких концентрированных органических удобрений сохранить в почве содержание органического вещества и получить дополнительный доход от прибавки урожайности выращиваемых сельскохозяйственных культур.
Разработанный мобильный агрегат для приготовления и внесения жидких концентрированных органических удобрений совмещает операции загрузки компонентов, транспортирования и пере-
мешивания, что позволяет повысить эксплуатационную производительность агрегата с объёмом рабочей жидкости от 19 до 32 м3/ч, или 253 м3/см. При дозе внесения жидких КОУ 4 м3/га один агрегат за смену способен обрабатывать 63 га.
Литература
1. ГОСТ 26712-94. Удобрения органические. Общие требования к методам анализа. М., 1994.
2. Межгосударственный стандарт ГОСТ 31461-2012. Помёт птицы. Сырьё для производства органических удобрений. Технические условия. М.: Стандарт-информ, 2013. 70 с.
3. Бондаренко А.М., Забродин В.П., Курочкин В.Н. Механизация процессов переработки навоза животноводческих предприятий в высококачественные органические удобрения: монография. Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2010. 84 с.
4. Ковалев Н.Г., Глазков И.К. Проектирование систем утилизации навоза на комплексах. М.: Агропромиздат, 1989. 160 с.
5. Lipkovich E.I. Ecological balance of technogenic processes and tractors of fifth generation / E.I. Lipkovich, A.M. Bondarenko, I.E. Lipkovich // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences (RJPBCS). Vol. 7, Issue 3, 2016. Pp. 751-760.
6. Липкович Э.И., Бельтюков Л.П., Бондаренко А.М. Органическая система земледелия // Техника и оборудование для села: научно-практический журнал. 2014. Вып. 8 (206). С. 2-7.
7. Бондаренко А.М. Машинно-технологическое сопровождение улучшения почв // Вестник аграрной науки Дона. 2017. № 37-1. С. 79-88.
8. Бондаренко А.М. Механико-технологические основы процессов производства и использования высококачественных органических удобрений: монография. Зерноград, 2001. 289 с.
9. Бондаренко А.М., Короленко С.П., Казанов Х.К. К вопросу применения мобильных установок для разделения навоза на фракции // Экономика, организация, технология и механизация животноводства. Межвуз. сб. науч. трудов. Зерноград: Изд-во: ФГОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия», 2008. С. 73-76.
10. Бондаренко A.M., Яламов В.Ф., Строгий Б.Н. Разделение жидкого свиного навоза на фракции // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 8. С. 3-4.
11. Шигапов И.И. Ресурсосберегающие технологии уборки жидкого навоза // Сельский механизатор. 2017. № 4. С. 26-27.
12. Зональные системы земледелия Ростовской области (на период 2013-2020 гг.) [Электронный ресурс]: в 3-х ч. Ч. 1 / Министерство сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области. Ростов-на-Дону, 2012.: URL: http://don-agro. ru/FILES/2020/Z0NSYSZEM/Sistema_zemled_do_2020_1. docx.
