Модель для расчета количества выделяемых загрязняющих веществ на свиноферме Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 631. 171

В. К. Найденко, к. т. н., с. н. с. ГНУ СЗНИИМЭСХ

Модель для расчета количества выделяемых загрязняющих веществ на свиноферме

Математическая модель-ММ, загрязняющие вещества, поголовье, размеры свинарников, вентиляция, параметры микроклимата, предельно допустимая концентрация

Каждая свиноферма или свинокомплекс состоят из свинарников, кормоприготовительных или кормораспределительных сооружений, навозоприемников с насосами, цехов по хранению или переработки навоза, ветеринарных объектов и санбоен с пунктами переработки свинины, санпропускников с хозяйственно-бытовыми и дезинфекционными помещениями и дезбарьерами.

На каждом участке присутствуют загрязняющие вещества, но с различной удельной концентрацией.

В свинарниках образуются такие основные газообразные загрязняющие

вещества: углекислый газ, пары влаги, аммиак, сероводород, меркаптаны и микробы. В навозоприемниках, в пунктах переработки навоза и навозохранилищах в основном выделяются аммиак и сероводород.

При хранении навоза, компоста или жидкого навоза на площадках или в

резервуарах происходит потеря азота в количестве 10-15%. В количестве 5-10% происходит потеря азота при внесении его в почву.

Газообразные продукты разложения навоза способны проникать в более высокие слои атмосферы, благодаря переслаиванию и турбулентному движению воздуха, и переносится на значительные расстояния.

Микробное загрязнение воздуха концентрируется по вышеназванным участкам выделений загрязняющих веществ и распространяется атмосферными потоками воздуха на значительное расстояние в виде полидисперсных аэрозолей.

Количественные величины вредных загрязняющих газообразных веществ, выделяемых на участках свиноферм определяются согласно действующих норм ВНТП 2-96. Для количественного определения загрязняющих веществ в свинарниках следует пользоваться нормативными данными и универсальной формулой G j = Щ д *Т|*Ц|, (1),

где: Qj - масса животного; gj - количество загрязняющего вещества выделяемого животным (на единицу живой массы); Т) - срок содержания животного на данной стадии; Щ- количество животных. Эта формула позволяет определить количество загрязняющего вещества G ) (в Т - сроки времени в: секунду, час, сутки, год)

Для количественного определения загрязняющих веществ в навозохранилищах и местах переработки навоза следует пользоваться нормативными данными по ВНТП 2-96 и формулой Gj= Х8)*Ь)*Т|, (2)

где Б) - площадь навозохранилища; И) - удельная величина загрязняющего вещества, выделяемого с единицы площади компостной площадкой или навозохранилищем;

Для обеспечения выброса загрязняющих веществ необходимо рассчитать потребное количество вентиляционного воздуха и сопоставить полученную концентрацию вредных веществ с предельно допустимыми (ПДК). Одновременно с экологической безопасностью свинофермы решается проблема создания и обеспечения микроклимата в помещениях зданий.

Для определения потребного количества вентиляционного воздуха У) следует использовать нормативные данные по ВНТП 2-96, согласно которым на

з

1 ц живой массы свиней требуется 30, 45 и 60 м /ч воздуха, соответственно, для зимы, переходного периода и лета.

V) ,= (30,45,60 м3 /ч)*Щ| (3)

С целью ускорения и автоматизации расчетов предлагается математическая модель ММЭкБ по определению количества загрязняющих веществ, параметров вентиляционной системы (микроклимата) и экологической безопасности в виде определения величин концентрации загрязняющих веществ и сопоставления их с Предельно Допустимыми Концентрациями (ПДК). Структурная схема модели представлена на рис. 1, а сама модель выполнена в таблицах Ехсеї. Модель ММЭкБ состоит из 2-х блоков: создания и обеспечения микроклимата и экологической оценки во всех зонах свинофермы.

Рис. 1 Структурная схема модели ММЭкБ по созданию микроклимата и экологической оценке свиноферм

Для экологической оценке свинофермы по загрязняющим веществам, выделяемым на различных ее участках, необходимо произвести расчеты их на

модели, для определения количества общей и свободной теплоты, водяного пара (пота животных) и углекислого газа аммиака, сероводорода, меркаптана, численного количества микробов, выделяющихся в помещениях свинарников (таблицы 1,2) и в зоне переработки и хранения навоза (таблица 3). Исходные данные для таблиц 1,2,3 берутся из технологических расчетов (см ж «Перспективное свиноводство №5 2011 г.») и из ВНТП 2-96.

После определения количества загрязняющих веществ по таблицам 1,2,3 следует определить количество вентиляционного воздуха, необходимого для вентиляции помещений свинарников. Для этого используется таблица 4. В нее заносятся поголовье, по технологическим группам, живая масса свиней и размеры помещений. Определение количества вентиляционного воздуха производится с использованием формулы (3). По полученным результатам расчетов выбираются вентиляционные установки.

По этим же результатам расчета вентиляционного воздуха можно определить концентрацию загрязняющих веществ в единице объема воздуха и сравнить ее с предельно допустимыми величинами (таблица 5). При необходимости можно скорректировать величины потребного количества вентиляционного воздуха путем подбора вентиляционных установок по производительности.

Составленные таблицы 1,2,3,4 обладают памятью единожды произведенным математическим действиям и представляют собой модель, которая является универсальной поскольку может тиражироваться с сохранением своих свойств. Для очередного использования математической модели достаточно ввести новые исходные данные по поголовью и размерам помещений и сооружений

Таблица 1 Количество потребного количества вентвоздуха свинофермы на 120 голов в год в эко-поселении "Струги Красные” Псковской обл.

объект, свинарник Количеств поголовье гол. масса 1го года животного, ц масса всех жи- вотных количество теплоты Р выделяемой животными, ккал/ч количество водяного пара выделенного живот-нымиСвл, г / ч Количество углекислого газа, выделенного животным Оуг, л / ч

общей 1го животного всего Свободнй 1-го животного всего 1-го животного всего 1-го животного всего

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Таблица 2

Количество загрязнений, выбрасываемых в атмосферу из свинарников

объект количество поголовье свиней 1 гол. всего масса аммиака масса сероводород масса меркаптана на 1 ц

гол. 1 гол Всего уд..г/ц/с всего, г/с уд.г/ц/с всего, г/св уд.г/ц/с всего, г/с тыс.м.к./с

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Таблица 3 Количество загрязнений, выделяемых в атмосферу площадкой компостирования, навозохранилищеми навозоприемниками

Наименовани е объекта количество габариты, м площадь кв.м количество выделяемых загрязнений, г/с микробное число

длина ширина высота аммиака сероводорода микроб, микроб.м.к / с

и/с с 1 кв.м всего и/с с 1 кв. м всего на 1 куб.м всего

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

№объекта поголовье живая масса, w количество вентиляционного воздуха, куб.м/ч № секции свинарника Размеры секции, м Объем секций Кратность воздухообмена

наименование единицы всего зима переходн. лето длина ширина высота V, куб.м Кв=У| /V,

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Таблица 5 Определение предельно допустимых концентраций

Наименование Обозначение Единица измерений Величины

1 2 3 4

ПДК углекислого га- С02 Куб м 0,2%*Ус

за: по объему Уугон куб.м/ч 1,19

по массе Сугмн кг/ч 2,35

Углекислый газ расч.

по объему Уугор куб.м/ч 2,73

по массе Сугмр

Концентрация угле кислого газав 1 куб.

1 2 3 4

по объему Vугор/Vвв куб.м/ч 0

по массе Gугмр/Vвв кг/ч 0

Аммиак -ПДК NHз-Gсвин мг/куб.м 20

Аммиак расчетный NHз-Gа г/ч 55,4

Аммиак в 1 куб. м NHз-Gа/Vв мг/куб.м 27,2

расчетного воздуха

Сеороводород-ПДК H2S Gcвн мг/куб.м 10

Сероводород рас-

четный Gсв г/ч 0,42

Сероводородв 1 куб. GсвVвв мг/куб.м 0,2

м вентвоздуха

Пыль -ПДК Gп мг/куб.м 6

Пыль расчетная Gпр г/ч 6,54

Пыль в 1 куб. м вент воздуха Gпр/Vвв 3,21

Число микробов ПДК- МКЧ-ПДК т. шт/куб.м 90

Число микробов расч МКЧр тыс.шт/ч 407151,4

Микробы в 1 куб.м МКЧСр/ тыс .шт/

вентвоздуха /Vвв куб.м 200

После определения потребного количества вентиляционного воздуха и количества загрязняющих веществ, можно рассчитать предельные допустимые концентрации загрязняющих веществ по нижеследующей формуле:

ПДК] / у , (4)

Сопоставляя степень концентрации загрязняющих веществ в единице объема вентиляционного воздуха с предельно допускаемыми величинами, определяли достаточность расхода воздуха. В приведенных выше расчетах принятые мероприятия по вентилированию помещений достаточны для обеспечения условий содержания свиней и работы обслуживающего персонала.

Санитарными правилами (закон РФ «89-Ф3 от 26.06.98 - «Об отходах производства и потребления») установлено, что зоной влияния на атмосферный воздух является территория, на которой суммарное количество загрязнений атмосферы от всей совокупности источников выбросов вредных веществ превышает 0,05 ПДК загрязняющих веществ.