УДК
636:631.3:621.3
Сельское хозяйство / Механизация сельского хозяйства
Барков В.И.,
Токмолдаев А.Б.
Казахский
научно - исследовательский институт механизации и
электрификации
сельского хозяйства (КазНИИМЭСХ)
Республика
Казахстан
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ НАВОЗА
Президентом Республики Казахстан
Н.А.Назарбаевым поставлена задача ускоренного развития мясного животноводства с
целью удовлетворения внутренних потребностей в мясе и достижению к 2016 году
его экспорта до 60 тысяч тонн.
Одним из аспектов решения этой задачи
является проблема утилизации отходов животноводства, а также обеспечение
экологических требований путем обеззараживания навозных стоков.
Сельские агропредприятия Казахстана
(крестьянские или фермерские хозяйства, сельхозпредприятия и личные подсобные
хозяйства) вследствие объективных причин (огромная территория, разнообразие
природно-климатических условий, многоукладность хозяйств) нуждаются в различных
типах автономных биогазовых установок для утилизации отходов.
Важным достоинством биогазовых установок
является возможность широкого использования их в животноводстве, причем в
первую очередь как эффективного способа утилизации жидкого навоза и получения
дешевых органических удобрений.
Во-вторых, использование полученных
высококачественных органических удобрений позволит увеличить урожайность
зерновых культур не менее, чем на 10…30% и снизить зависимость от внешних
поставок минеральных удобрений.
В-третьих, высокая рентабельность
биогазовых установок обеспечивается большим спросом на высокоэффективные
органические удобрения и биогаз, а также возможностью получения тепла и
электроэнергии из биогаза для бытовых и производственных нужд. Срок окупаемости
биогазовых установок при условии реализации полученных удобрений составляет 1…2
года.
Развитие биогазовых технологий должно идти
по двум направлениям: создание малых биогазовых установок для фермерских и
крестьянских хозяйств и, во-вторых, создание больших биогазовых установок
(биоэнергетических станций) для крупных животноводческих комплексов.
В результате
исследований проведенных в КазНИИМЭСХ обоснованы оптимальные параметры и режимы
работы биогазовых установок для переработки отходов животноводства и
разработана улучшенная технология анаэробного сбраживания.
Для малых фермерских
и крестьянских хозяйств с поголовьем 20...40 коров разработана технология на
базе биореактора БУ-5, емкостью 5...10 м3 с частичной механизацией
операций уборки и транспортировки навоза, приготовления субстрата. С внесением
готового удобрения на поля с помощью тракторной тележки.
Технология включает следующие технологические операции (рисунок 1):
· сбор и загрузка навоза в
загрузочный ковш биореактора;
· приготовление субстрата в
загрузочном ковше и загрузка в биореактор;
· сбраживание субстрата в биореакторе;
· выгрузка готового органического
удобрения в резервуар-накопитель или на площадку;
· загрузка в тракторную тележку,
транспортирование удобрения на поле и внесение в почву;
· сбор биогаза в плавающем
газгольдере низкого давления и подача к потребителю.
1- коровник на 20…40 гол; 2- загрузочный ковш; 3 – биореактор объемом 5…10 м3;
4 – плавающий газгольдер низкого давления; 5 – резервуар – накопитель; 6 – бурт с готовым органическим удобрением; 7 – тележка для транспортирования удобрения на поле;
8 - гидрозатвор
Рисунок 1 – Технология переработки отходов для малых
фермерских и крестьянских хозяйств с поголовьем 20…40 коров
Разработка системы утилизации навоза начинается, как правило, с технологического расчета
всех процессов системы, включающего определение технологических, конструктивных
и строительных параметров, а также экономических показателей.
Технологический расчет начинается с
определения количества навоза и стоков, подлежащих обработке и использованию.
От правильности расчета зависят первоначальная сметная стоимость сооружения и
его эксплуатационные показатели.
Расчет параметров оборудования для
переработки, хранения и обеззараживания навоза позволяет определить его объемы,
размеры и количество. Как правило, комплекс оборудования состоит из
транспортных тележек, загрузочных ковшей или насосов, биореакторов
(метантенков) для биологической обработки навоза, газгольдеров для сбора
биогаза и резервуаров-накопителей для хранения навоза и готового органического
удобрения.
Рассмотрим пример расчетов биогазовой
установки для молочной фермы малого крестьянского хозяйства.
Выход навоза на ферме, где содержится 40
молочных коров при стойловом содержании, 20 телят и 2 лошади составляет [1]:
(1)
где 
- число животных по
половозрастным группам, гол; А1 = 40 коров; А2 = 20 телят;
А3= 2 лошади;
- количество
экскрементов в сутки от одной головы, кг, 
=28 кг; 
= 8 кг; 
= 24 кг [1].
Суточный расход подстилки для животных
определяется
(2)
где в1, в2, вn - cуточный расход подстилки на 1 голову по группам, кг, в1=5 кг; в2=4 кг; в3=5 кг [1].
Общий выход навоза
(3)
где QГ – расход
воды на гидросмыв навоза, м3, на малых фермах гидросмыв не применяется
QГ=0.
Содержание сухого вещества в навозе
(4)
где WН- влажность навоза, WН=82,7%.
Влажность субстрата
после разведения навоза водой в количестве Qв=1,2 т
(5)
Количество органических веществ в навозе
(6)
Объем резервуара-накопителя для готового
удобрения
(7)
где tхр – время хранения, сут; Кn – коэффициент
использования (Кn=0,5…0,9).
Расчет
объема биореактора
Рабочий объем биореактора для обработки
навоза влажностью 90,8% с рН ≥7, при выгульном содержании выход навоза
ниже, чем при стойловом содержании и составляет Qвыг=
0,5Q н =0,66
т/сут, тогда
(8)
где tсб - продолжительность сбраживания, tсб = 7…10
сут [2]; К3 – коэффициент загрузки биореактора К3=0,9…0,98
[5].
Расчет
объема газгольдера
Для биореакторов, работающих в
термофильном режиме, выход биогаза
составляет от 1,2 до 2 м3 в сутки с 1 м3 объема, тогда
принимаем суточную производительность по биогазу WБ= 10 м3/сут.
Тогда рабочий объем плавающего газгольдера
низкого давления, принимая число подъемов в течение суток газгольдера до верхнего
положения n = 2, определяется
(9)
Давление, создаваемое плавающим колоколом газгольдера
, (10)
где 
- общая площадь верхнего основания и боковых стенок
газгольдера, 
=12,2 м2; 
толщина стенок газгольдера, 
= 0,004 м; 
- удельный вес стали,
=7850кг/м3; 
- площадь верхнего
основания, 
=4,14м2.
Таким образом, для переработки навоза на молочной
ферме принимаем биогазовую установку БУ-5 с объемом биореактора 5 м3
и объемом газгольдера – 5м3.
Эффективность
обеззараживания навоза
Эффективность обеззараживания по наличию
бактериальной обсемененности вычисляют в соответствии с ГОСТ 31343-2007 [3] по
данным бактериологического анализа:
ЭБ = 
% , (11)
где N1 – общее
число бактерий в исходном материале, N1=109 КОЕ; N2 – общее
число бактерий в полученном удобрении, N2=107КОЕ.
Общее микробное обсеменение (коли-индекс)
исходного навоза – N1=109 КОЕ, после анаэробного сбраживания в
биореакторе снизилось в готовом органическом удобрении до N2 =107
КОЕ, таким образом, степень обеззараживания навоза составляет 99%.
При проектировании, строительстве и
эксплуатации животноводческих ферм возникает ряд взаимосвязанных проблем-
экономических, зооветеринарных, организационных и др.
Требуют решения также и
санитарно-гигенические вопросы, связанные с охраной окружающей среды.
При проектировании сооружений необходимо
учитывать:
·
наличие пригодных
земельных угодий для использования всего объема навоза как удобрения;
·
минимальный расход воды
на удаление навоза из животноводческих помещений;
·
обеспечение сооружениями максимального сохранения
питательных элементов в процессе обработки и хранения навоза;
·
возможность
обеззараживания навоза в случае вспышки эпизоотии;
·
исключение загрязнения
воздуха, почвы, открытых подземных источников;
·
наличие надежной
гидроизоляции всех коммуникаций.
Соблюдение требований при проектировании
сооружений позволит выбирать наиболее рациональные технологии, а также
предотвращать загрязнение окружающей среды.
В практике проектирования сооружений по
утилизации навоза определились следующие основные направления:
·
подготовка навоза для
использования в растениеводстве;
·
подготовка навозных
стоков для сброса в открытые водоемы;
·
переработка навоза в
кормовые добавки и биогаз.
Таким образом, технологический расчет
оборудования для переработки навоза с использованием биогазовой установки
обеспечивает правильный выбор и эффективную работу системы утилизации и
позволяет получать дешевые, высококачественные и экологически чистые органические
удобрения.
Полученные органические удобрения можно
вносить в почву из расчета 1..3 т. на гектар, что обеспечивает повышение
урожайности различных культур на 10…30%.
Реализация таких высококачественных
органических удобрений на рынке позволяет обеспечить срок окупаемости
биогазовой установки 1…2 года.
Литература:
1. Ковалев Н.Г.,
Глазков И.К. Проектирование систем утилизации навоза на комплексах. – М.: Агропромиздат,
1989. – 160 с.
2. Дубровский В.С.,
Виестур У.Э. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов. – Рига:
Зинатне, 1988. – 204 с.
3. ГОСТ 31343-2007. Машины и
оборудование для переработки и обеззараживания жидкого навоза. Методы
испытаний.– М.: Стандартинформ, 2008. –
28 с.