CC BY
44
УДК 631.861
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ПОДСТИЛОЧНОГО ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА В БИОФЕРМЕНТАЦИОННОЙ УСТАНОВКЕ
БАРАБАННОГО ТИПА
Р.А. Уваров, младший научный сотрудник, аспирант
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства E-mail: rauvarov@yandex. ru
Аннотация. В статье кратко освещена динамика развития отрасли птицеводства в Ленинградской области; обозначена опасность, которую представляет данная отрасль для экологической безопасности региона; также предложен перечень технологий утилизации птичьего помета, наиболее адаптированных для природно-климатических условий Северо-Западного Федерального округа; указаны критерии, которые использованы при анализе данных технологий: экономические показатели (удельные капитальные и эксплуатационные затраты), экологические показатели (потери азота, фосфора в процессе утилизации), длительность протекания процесса, качество конечного продукта, возможность протекания процесса в зимний период и гарантированность обеззараживания. В статье дана краткая характеристика одной из наиболее перспективных технологий утилизации - технология переработки методом биоферментации в установках барабанного типа; обоснована необходимость проведения экспериментальных исследований. В качестве исследуемых веществ были приняты общий азот и азотные соединения в виде аммиака и нитратных соединений, а также общий фосфор и общий калий. Опыты проводились в 2014 г. в лаборатории ИАЭП. В качестве исходного сырья выступил подстилочный птичий помет с птицефабрики «Русско-Высоцкая» Ленинградской области. В статье представлена схема экспериментальной установки; приведена последовательность проведения опытов, разбитая на ряд стадий производственного цикла процесса утилизации; даны перечень и краткое описание технологических операций, составляющих каждую стадию; перечислено оборудование, использованное при проведении эксперимента; представлены экспериментальные данные об изменении массы и содержания биогенов на стадиях производственного цикла процесса получения органического удобрения путем переработки подстилочного помета методом биоферментации в установке барабанного типа.
Ключевые слова: подстилочный помет, утилизация, биоконверсия, потери питательных веществ, биоферментатор, органическое удобрение.
ч
о -
. 30
За последние 15 лет птицеводство зарекомендовало себя наиболее стабильно развивающейся отраслью агропромышленного комплекса Ленинградской области. Начиная с 1999 года, общее поголовье птиц в регионе неуклонно увеличивалось. За 14 лет общее поголовье птицы в регионе выросло более чем на 123% (рис. 1) [1].
Пропорционально динамике изменения поголовья птицы увеличивалось и количество производимого помета. За один только 2012 г. общий выход помета составил 1,13 млн т [2].
Птицеводству Ленинградской области свойственна высокая концентрация производства в отдельных районах. На сегодняшний день в области насчитывается
;20
и ■а
§10
ч
о -
о
И 0
14 крупных птицеводческих комплексов, расположенных в пяти районах, причем на долю Кировского района (птицефабрики «Синявинская» и «Северная») приходится до 65% от общего поголовья птицы в регионе.
1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 годы
Рис. 1. Изменение поголовья птицы в Ленинградской области
Увеличение концентрации производства и, как следствие, увеличение объемов выхода помета при выборе технологии утилизации помета заставляет, прежде всего, ориентироваться на интенсивность процесса биоконверсии.
В рамках работы отдела инженерной экологии ИАЭП были выделены наиболее адаптированные для условий Северо-Западного Федерального округа технологии утилизации помета [3, 4, 5, 6, 7]: технология переработки методом длительного выдерживания; технология переработки методом пассивного компостирования в буртах; технология переработки методом активного компостирования в буртах; технология переработки методом биоферментации в установках камерного типа; технология переработки методом биоферментации в установках барабанного типа; технология термической сушки с возможной грануляцией; технология вакуумной сушки с возможной грануляцией; технология анаэробной обработки с генерацией электричества и теплоты.
Перечисленные технологии были проанализированы по ряду признаков: экономические показатели (удельные капитальные и эксплуатационные затраты), экологические показатели (потери азота, фосфора в процессе утилизации), длительность протекания процесса, качество конечного продукта, возможность протекания процесса в зимний период и гарантированность обеззараживания.
По итогам данной работы было установлено, что наибольший практический интерес на сегодняшний день представляет технология переработки методом биоферментации в установках барабанного типа. Данная технология позволяет получать высококачественное органическое удобрение за сравнительно небольшой срок, что в совокупности с высокой интенсивностью процесса позволяет сократить нагрузку, оказываемую на окружающую среду в процессе утилизации. Сравнительно высокие показатели удельных капитальных и эксплуатационных затрат компенсируются высоким качеством получаемых органических удобрений, что позволяет повысить стоимость их реализации, тем са-
мым увеличивая рентабельность внедрения данной технологической линии.
Роль основного рабочего органа в технологии биоконверсии помета в биоферментационных установках барабанного типа играет закрытый, периодически вращаемый барабан, оснащенный системой принудительной аэрации ферментируемой смеси. Основоположником применения данной технологии в России является коллектив авторов, возглавляемый выдающимся ученым Афанасьевым В.Н. [8, 9, 10].
С учетом того, что данные по потерям питательных веществ были взяты на основе литературного анализа и существенно разнились, а иногда и противоречили друг другу, в отделе инженерной экологии сельскохозяйственного производства ИАЭП в 2014 году было принято решение провести исследования по определению потерь питательных веществ при технологии биоферментации подстилочного помета в установках барабанного типа с целью уточнения их значений. В качестве исследуемых веществ были приняты общий азот (К) и азотные соединения: в виде аммиака (КН4) и нитратных соединений (КОз), а также общий фосфор (Р) и общий калий (К). Опыты проводились в 2014 г. в лаборатории ИАЭП с трехкратной повторно-стью. В качестве исходного сырья выступил подстилочный птичий помет с птицефабрики «Русско-Высоцкая».
Схема лабораторной установки представлена на рисунке 2.
Последовательность процесса получения органического удобрения путем переработки подстилочного помета методом биоферментации в установке барабанного типа можно разбить на ряд стадий:
- стадия подготовительных работ (определение физико-химического состава исходного помета, доведение смеси до рабочих параметров, загрузка смеси в биоферментационную установку, начало регулируемой аэрации);
- стадия биоферментации (аэробная биоферментация смеси, получение удобрения, выгрузка удобрения из ферментационной установки);
- стадия заключительных работ (доведение удобрения до товарных характеристик (прогон через вибросито), фасовка и затаривание удобрения);
- стадия складирования готового органического удобрения (1 месяц).
В качестве контролируемых параметров были приняты влажность смеси, ее температура и кислотность, а также отношение углерода к азоту в исходной смеси. В качестве исследуемых - масса смеси и содержание в ней общего, нитратного и аммонийного азота, а также общего фосфора и калия. В опыте использовалось современное оборудование, такое, как весы лабораторные ВТЛ-500, весы МИДЛ МП 300 ВДА Ф-3 50/100, рН-метр-ионометр ЭКСПЕРТ-001 и спектрофотометр ПЭ-5400В. Использование данных приборов позволило с высокой точностью определить исследуемые параметры.
Изменение массы и содержания биогенов на стадиях производственного цикла процесса получения органического удобрения путем переработки подстилочного помета методом биоферментации в установке барабанного типа представлено в таблице 1.
Таблица 1. Изменение массы и содержания
Стадия Стадия Стадия
биофер- заключитель- склади-
ментации ных работ рования
Изменение -14,7... -5,8... -9,0...
массы -11,3 -3,7 -5,6
Изменение содержания аммиака (ЫИ4) +99,9... +103,3 -11,1... -7,7 -32,8... -29,4
Изменение со-
держания нит- +23,5... +217,4... +31,8...
ратных соедине- +26,9 +220,8 +35,2
ний (N03)
Изменение со- -7,8... -4,4 -4,3... -0,9 +3,2... +6,6
держания общего азота (№)
Изменение со- -2,4... +1,0 -0,7... +2,7 -1,2... +2,2
держания общего фосфора (Р)
Изменение со- -1,1... +1,2 -0,9... +1,3 -1,2... +1,4
держания общего калия (К)
Рис. 2. Схема лабораторной установки:
1 - подвижный цилиндрический барабан, 2 - рама, 3 - загрузочный люк, 4 - контрольные люки, 5 - приводной узел, 6 - мотор-редуктор, 7 - опорный узел, 8 - аэрационная труба, 9 - воздуховод подачи наружного воздуха, 10 - выгрузной шнековый транспортер, 11 - лопатки, 12 - вытяжной воздуховод, 13 - теплоизоляция
При анализе полученных данных использовался метод статистического анализа [11]. Потеря массы на стадиях производственного цикла процесса получения органического удобрения путем переработки подстилочного помета методом биоферментации в установке барабанного типа, включающих в себя складирование готового продукта в течение одного месяца, обусловлена распадом органического вещества и изменением влажности смеси в процессе биоферментации. Высокие потери аммиака и резкое увеличение содержание нитратных соединений в готовом органическом удобрении может быть обусловлено начавшимся процессом нитрификации азота.
Проведенные исследования позволили выявить потери питательных веществ при биоконверсии подстилочного птичьего помета в биоферментационной установке барабанного типа. В результате исследования технологии были определены потери массы и питательных веществ на каждой стадии производственного цикла.
Литература:
1. Центральная база статистических данных Федеральной службы государственной статистики. URL: http://www. gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat main/ rosstat/ru/index.html
2. Брюханов А.Ю., Шалавина Е.В., Васильев Э.В. Методика укрупненной оценки суточного и годового выхода навоза/помета. URL: http://molochnoe.ru/ jour-nal/sites/files/jrnl publication/131-book-v5. pdf
3. Уваров Р.А. Анализ интенсивных технологий переработки навоза, помета // Перспективы инновационного развития АПК и сельских территорий. СПб., 2014.
4. Субботин И.А., Брюханов А.Ю. Выбор технологии утилизации навоза/помета на основе критериев наилучших доступных технологий для хозяйств СевероЗападного региона России // Международный агро-экологический форум. 2013. С. 46-51.
5. Афанасьев А.В. Сравнительная эколого-экономи-ческая оценка технологий переработки навоза и помета // Сб. тр. СЗНИИМЭСХ. Вып. 83. СПб., 2012. С. 82.
6. Брюханов А.Ю. Повышение эффективности использования навоза путем автоматизированного проектирования вариантов технологии приготовления органических удобрений и их внесения в почву: дис. к. т. н. СПб., 2009.
7. Брюханов А.Ю., Волков А.Н. Эколого-экономичес-кая оценка технологий приготовления органических удобрений из навоза и помета // Сб. тр. СЗНИИМЭСХ. Вып. 81. СПб., 2009.
8. Афанасьев В.Н. Обоснование и разработка технологий и технических средств для производства экологически безопасных, биологически активных удобрений на основе отходов животноводства и птицеводства: дис. д. т. н. СПб., 2000. 80 с.
9. Афанасьев В.Н., Субботин И.А., Афанасьев А.В. Обоснование метода утилизации с.-х. отходов на основе требований инженерной экологии // Сельское, лесное и водное хозяйство. 2013. №11. С. 4.
10. Афанасьев В.Н., Брюханов А.Ю. Развитие производства удобрений из навоза и помета - основа экологической безопасности сельскохозяйственного производства // 50 лет СЗНИИМЭСХ. СПб., 2012.
11. Валге А.М. Обработка данных в БХСБЬе на примерах. СПб., 2010. 95 с.
Literatura:
1. Central'naya baza statisticheskih dannyh Federal'noj sluzhby gosudarstvennoj statistiki. URL: http://www.gks. ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/index.html
2. Bryuhanov A.YU., SHalavina E.V., Vasil'ev EH.V. Me-todika ukrupnennoj ocenki sutochnogo i godovogo vyho-da navoza/pometa. URL: http://molochnoe.ru/journal/ sites/files/jrnl_publication/131 -book-v5 .pdf
3. Uvarov R.A. Analiz intensivnyh tekhnologij pererabot-ki navoza, pometa // Perspektivy innovacionnogo razviti-ya APK i sel'skih territorij. SPb., 2014.
4. Subbotin I.A., Bryuhanov A.YU. Vybor tekhnologii utilizacii navoza/pometa na osnove kriteriev nai-luchshih dostupnyh tekhnologij dlya hozyajstv Severo-Zapadnogo regiona Rossii // Mezhdunarodnyj agro-ehkologicheskij forum. 2013. S. 46-51.
5. Afanas'ev A.V. Sravnitel'naya ehkologo-ehkonomiche-skaya ocenka tekhnologij pererabotki navoza i pometa // Sb. tr. SZNIIMEHSKH. Vyp. 83. SPb., 2012. S. 82.
6. Bryuhanov A.YU. Povyshenie ehffektivnosti ispol'zo-vaniya navoza putem avtomatizirovannogo proektirova-niya variantov tekhnologii prigotovleniya orga-nicheskih udobrenij i ih vneseniya v pochvu: dis. k. t. n. SPb., 2009.
7. Bryuhanov A.YU., Volkov A.N. EHkologo-ehkonomi-cheskaya ocenka tekhnologij prigotovleniya organiches-kih udobrenij iz navoza i pometa // Sb. tr. SZNIIMEHSKH. Vyp. 81. SPb., 2009.
8. Afanas'ev V.N. Obosnovanie i razrabotka tekhnolo-gij i tekhnicheskih sredstv dlya proizvodstva ehkologi-cheski bezopasnyh, biologicheski aktivnyh udobrenij na osnove othodov zhivotnovodstva i pticevodstva: dis. d. t. n. SPb., 2000. 80 s.
9. Afanas'ev V.N., Subbotin I.A., Afanas'ev A.V. Obosnovanie metoda utilizacii s.-h. othodov na osnove trebovanij inzhenernoj ehkologii // Sel'skoe, lesnoe i vodnoe ho-zyajstvo. 2013. №11. S. 4.
10. Afanas'ev V.N., Bryuhanov A.YU. Razvitie proiz-vod-stva udobrenij iz navoza i pometa - osnova ehkologiches-koj bezopasnosti sel'skohozyajstvennogo proizvodstva // 50 let SZNIIMEHSKH. SPb., 2012.
11. Valge A.M. Obrabotka dannyh v EXCELe na prime-rah. SPb., 2010. 95 s.
DETERMINATION OF THE NUTRIENTS LOSSES DURING THE LITTER BIRD DING'S PROCESSING IN THE BIOFERMENTATIONAL INSTALLATION OF DRUM TYPE
R.A. Uvarov, junior research worker, post-graduate student
The Institute of agriculture industry agroengineering and ecological problems
Abstract. The article briefly discusses the poultry industry development's dynamics in Leningrad region; the danger posed by the industry for environment security in the region is denoted; also it is proposed a list of poultry dung utilization technologies that are the most adapted for of North-West Federal district's climatic conditions; the calculated criteria used in these technologies data analysis are stated: economic indicators (unit capital and operating costs), ecological indicators (nitrogen, phosphorus losses of the utilization process), the process's duration, the final product's quality, the process occurrence's possibility in winter and disinfection guarantee. The article gives a brief description of one of the most promising utilization technology - technology of processing by biofermentation method in the installations of drum type; the experimental studies necessity is justified. As the test substances were taken total nitrogen and nitrogen compounds: in ammonia and nitrate's compounds form, as well as total phosphorus and potassium. The experiments were conducted in 2014 in the IAEP laboratory. As raw materials, was solid poultry dung from "Russko-Vysotskaya" poultry plant located in Leningrad region. The article presents the experimental installation's scheme; the experiments' sequence is given, broken down into an utilization process's industrial cycle's number of stages; it is given a list and short description of technological operations that make up in each stage; the used equipment of the experiment is listed; mass and biogene content's changing experimental data on stages of the industrial cycle of the organic fertilizer producing's process of letter dung's processing by biofermentation method in the drum type's installation are given.
Keywords: litter dung, utiltsation, bioconversion, nutrient losses, biofermentator, organic fertilizer.
