Повышение эффективности производства удобрений путем оптимизации параметров двухстадийной биоферментации навоза и помета тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Афанасьев, Алексей Вячеславович

• Афанасьев, Алексей Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Афанасьев, Алексей Вячеславович

Введение

1. Анализ состояния и развитие систем удаления, переработки и утилизации навоза и помета.

1.1. Применяемые технологии утилизации навоза.

1.2. Анализ методов производства биологически активных органических удобрений.

1.3. Анализ технических средств ускоренного компостирования 27 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

2. Эколого-экономическое обоснование технологий производства органических удобрений на основе разработки математической модели системы «ферма - сооружения обработки и хранения навоза - почва»

2.1. Формализованное о писание, системы.

2.2. Описание экономико-математической модели системы «ферма - сооружения обработки и хранения навоза - почва».

2.3. Разработка локальных моделей для расчета технологических процессов.

2.4. Эколого-экономическая оценка технологий и технических средств биологической ферментации навоза и помета. 52 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

3. Обоснование основных закономерностей процесса аэробной биоферментации навоза и помета.

3.1. Основные закономерности биотермических процессов в логове животных при глубокой подстилке.

3.2. Анализ биотермических процессов в биоферментаторе барабанного типа.

3.3. Определение конструктивных параметров биоферментатора барабанного типа.

3.4. Обоснование параметров разгрузочного устройства

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Афанасьев, Алексей Вячеславович

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Существующие технологии утилизации навоза характеризуются потерями физической массы м питательных веществ в процессе перемещения его от животного до растения. Это приносит ощутимые потери в сельскохозяйственном производстве в существенный ущерб окружающей среде.

2. Разработанная с использованием системного анализа математическая модель «ферма - сооружения обработки и хранения навоза - почва» представляет собой трехуровневую структуру и обеспечивает проведение э коло го -экономической оценки сквозных технологий утилизации навоза на основе целевых функций - комплексные и энергетические затраты с учетом коэффициента экологической безопасности.

3. Сравнительная оценка, проведенная на основании разработанной модели, реализованной в пакете компьютерных программ, выявила наиболее эффективную технологию утилизации навоза: содержание животных на глубокой подствлке - активная биоферментация в закрытом биореакторе - локальное внесение удобрений в прикорневую зону.

4. Исходя из микробиологических и тепловых процессов, наиболее эффективна двух стадийная обработка компостных смесей - в мезофильном и термофильном режиме. При оно ферментации навоза и «омета первую стадию целесообразно проводить а помещениях для содержания животных ж птицы, в слое глубокой подстилки, а термофильную - в биоферменгаторе барабанного типа

5. Глубину подстилки при мезоф ильной обработке ее в смеси с выделениями животных следует определять по формуле (9) на основе фнзико-механическнх и теплотехнических свойств, а минимальный диаметр биоферментатора но формуле (11). Отношение длины барабана к его диаметру

2 5 следует определить исходя из времени дегельминтизации и способа загрузки свежей порции смеси.

6. Режимы биоферментации и конструкт иные параметры б ио реактор а определяются физико-механическими а те&лофязкческвнн свойствами компостных смесей (влажность, насыпная я объеняая плотность,, теплоемкость, гранулометрический состав, коэффициент естественного откоса), которые зависят от состава смеси. Мезоф ильный режим, протекающий в подстилке в смеси со свиным навозом, обеспечивает поддержание температуры до 40°С при глубине подстилочного слоя 0,5 м. Оптимальная влажность подстилочного помета, обеспечивающего поддержание термофильного режима при температуре 65-70"С, является 40-60 %. Коэффициент вытеснения находящейся в биоферментагоре смеси свежей порцией для подстилочного помета равен 0,842.

8. Производственная проверка бвоферментатора-смесителя барабанного типа обеспечивает протекание термофильной стадии обработки подстилочного помета при температуре 65-70°С с суточной производительностью равной 40-50% от полного объема барабана,

9. Экономическая эффективность двухстадайной обработки компостных смесей складывается из экономии тепла на обогрев помещения для содержания животных и птицы (б кВт/час на 1 свинью) и повышения производительности биоферментатора на 25-30%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования в Польше и Белоруссии по содержанию свиней на глубокой подстилке показывают на биологическое самосогревание подстилки, что исключает подогрев подаваемого в помещение воздуха. Это говорит о возможности протекания мезофильной стадии биоферментации свиного навоза при подстилочном содержании животных.

Термофильную стадию ферментации проверили на экспериментальной пинии с использованием биоферментатора барабанного типа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Афанасьев, Алексей Вячеславович, 2000 год

1. Органические удобрения / Под ред. Н.К. Крупского и A.A. Бацулы./ - Киев: Урожай, 1981. - 160 с. ил.

2. Агропромышленный комплекс Росши в 1999 г. -М.: йнформагрогех, 2000 г.

3. Круглов Ю.В., Афанасьев В.Н. Биологически активный грунт для оздоровления почв.//Международный журнал. "Сельскохозяйственные вестил-1998. -Jfel -2.

4. Попов В.Д., Афанасьев В.Н., Стариков В.М. Экология АПК: Проблемы и практика управления проиродными ресурсами в сельскохозяйственном регионе (опыт русско-шведского сотрудничества). Инженерная экология, 1998, Ш.

5. Органические удобрения: Справочник (П.ДЛХопов, В.й.Хохлов, А.А.Егоров и др.) М.; Агропромиздат, 1998. - 20? с, ил.

6. Общесоюзные нормы технологического проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза ОЙТП 17-86 /-ГОСАГРОПРОМ СССР Ш/ЛШ.

7. Органические удобрения: Справочник / П.Д.Попов, В.Й.Хохлов, А.А.Егоров и др. М.: Агропромиздат.- 1988 - 20? с. Органические удобрения: Справочник / П.Д.Попов, В.И.Хохлов, А.А.Егоров и др. - М.: Агропромиздат -1988 - 207 с.

8. Васильев В А., Филиппова Н.В. Справочник по органическим удобрениям. -М.: Россельхозиздат,! 988

9. Артюшин А,М„ Державин Л,М, Краткий справочник по удобрениям.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Колос, 1884.-208 с.

10. ПХхарда М. Производство и применение органических удобрений, (пер. с чеш.).-М.: Агропромиздат. 1985.-354с

11. Утилизация навоза. Упсала. ШЙПЙОС, 1994-64 с. ил.

12. Ковалев A.A. Технологии и гехнико-знергетическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза животноводческих ферм. Автореф. дис. доктора техн. наук, М. 1998

13. Агрохимические рекомендации по подготовке и использованию бесподстилочного для удобрений. М.: Колос, 1982.

14. Агрохимия. / под ред. Б.А. Ягодина. / М.: Колос, 1982

15. Архипченко Й.А. Микробиологическая переработка отходов животноводства //Вестник с.х. науки 3fs2? 1988.

16. Афанасьев В.Н., Цветков O.A. Производство твердых органических удобрений: Методические указания. -Л., НЙПТИМ ЭСХ НЗ РФ Д 984.

17. Баяьченко В.М. Для расширенного воспроизводства плодородия почв // Земледелие, -1982. №2

18. Афанасьев В Н., Максимов Д.А. и др. Rezultaty badan екзрегутевЫиуcli nad ekologiszna energooszezedßa teehalögb przerobk® navozu i pomioty. /Сборник декяадов VI M еждукародк его симпозиума IBM ER» WARSZAWA, 1999.

19. Мамченков Й.П. Компост, их приготовление и применение. М.: Колос, 1965.

20. Органические удобрения /Под ред. Бацулы A.A. -Киев: Урожай, 1988.

21. Ноша п. Д. Современное состояние бинте» гумуса, ресурсы органических удоорений if их эффективное итал&зовазяе-//Проблема гумуса в земледелии и использование органически! удобрений, Владимир:» 1987.

22. Производство местных органических удобрений /Пер. с нем. А.Н.Калюкина. -М.: Колос, 1983.

23. Рязанцев В.П., Данилкина B.C., Текучева М.С. проблемы уборки и утилизации навоза //АПК Достижения науки и техники. -1888. -Xsl2.27 .Торф на удобрения. ~ Минск: Наука и техника, 1983.

24. Утилизация бесподстилочного навоза и приготовление коми остов. Киев, 1980.

25. Лукьяншков ЕЛ. Перспективные системы утилизации навоза. М.: Рос-сельхозшдат. -1985

26. Усачева ШТ., Поляков A.A. Эпизоотические ш ттжтч®шт аспекты уборки навоза и обеззараживания сточных а од в крупных промышленных фермах. М.1972.

27. Черепанов, A.A. Система саннтарно-гельминтологических мероприятий при подготовке и использовании стоков и навоза животноводческих комплексов. Авто-реф. дне. доктора ветер, наук. -М. 1985.

28. Мишустин E.H. Термофильные микроорганизмы в природе в практике. -Изд.А.Н.СССР. -М.-Л:, 1987.

29. Лопес де- Гереню В.О. Способы ускорений производства компостов // Совершенствование технологических процессов и тонических средств в кормопроизводстве и животноводстве: Сб. науч. трудов.-Л.: ЯЙНТЙМЭСХШ, 1991.- вып.59.

30. Леонов Н.Р. Микробиология. -М.: КолосД980,

31. Винкалне М.О. Способы повышения микробиологической активности торфонавозных компостов //Роль микроорганизмов в питании растений и повышении эффективности удобрений. Рига, 1965.

32. Кубарева О.Г., Брук М .X., Дзысюк С.А. Микробиологические процессы в компостах, приготовленных из различного органического сырья. //Биотехнология микроорганизмов а сельском хозяйстве // Сб. каучя. трудов ТСХА. -М.: 1989.

33. Афанасьев В.Н., Миллер В.В. Углерод-азотное соотношение в компостируемых смесях. // Химия в сельском хозяйстве.-1986.-ДЬ8.

34. Афанасьев В,Н, Миллер В.В, Критическая влажность компостируемых отходов животноводства и птицеводства. //Вестник сельскохозяйственной науки. -198?.-Ш.

35. Гуляев Н.Ф., Шапиро М.А. Определение количества тепла, выделяемого мусором при биотермическом обезвреживании. //Сб. трудов АКХ. -ОНТЙ АКХ,, 1962. -Выц,14

36. Ранчева Д. Интенсивное производство шампиньонов. М.: Агропромиздат, 1990.

37. Gerrits LP.G. Development of a synthetic compost for mushroom growing based on wheat straw and chicken manure// Neth. I, Agrie. Sei. 1974. - №22

38. Мирный А.Н., Абрамов Н.Ф. и др. Санитарная очистка и уборка населенных мест. / Справочник/ M.: АКХ -1997

39. Крхамбаров Я.Н. Технолошя ускоренного био! ернического обезвреживания твердых бытовых отходов. //Науч. труды АКХ. -1962. -№14.

40. Туваев В.Н. Опредеяздие основных тешюфнзических характеристик компостируемых материалов // Науч. труды ЕИПТЙМЭСХ НЗ РСФСР. Л., 19S3

41. Лопес де Гереню В.О. Перспективная технология производства компостов. // Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия. -М.» 1988.

42. Новоселова H.H. и др. Приготовление торфонавозкых компостоа. // Техника в сельском хозяйстве. -1980, №2.

43. Бацвдов И.Н. и др. Фтихо-мзжзничеек'ие показатели навоза //Груды ВНИИМЖ. Подольск, 1973. -т.2.51; Мивееа Л.Н. Сабуров C.B. Б и отар ми че екий процесс в буртах //Химизация сельского хозяйства. -1989. -№12.

44. Misuses M.S. Сабуров C.B. Изменение cbsïîcîs торфшаашныл емзтей при компостировании //Химизация саяьского хозяйства. -1990. -№11.

45. Мадофеев В.И., Гришанов Н.П. и др. Технология производства и агротехническая эффективность торфопометного компоста. /ЯГорфяная промышленность. -1988.

46. Афтшев В.Н.» Цветков С,А. н др. Производство твердых органических удобрений: Методические указания. -Л., НИНТИМ ЭСХ S3 РФ Д984.

47. Лопес де Гереню В.О, Новая технология производств! компоотов // Совершенствование технологических процессов и технических средств & кормопроизводстве и животноводстве: Сб. науч. трудов.-Л.: НИНТИМЭСХ НЗ, 1990.- вып.58.

48. Лопес де Гереню В.О., Сабуров C.B. Динамика содержания элементов питания растений при компостировании торфонавозных смесей. //Почв.-агрохим. аспекты упр. продуктивностью агроценозов. -СПб., 1992.

49. Шапиро М.А., Кузьменкова А.Н. Ускоренная переработка мусора и использование компоста за рубежом. М.: Стройиздат, 1964.

50. Афанасьев В.Н., Миллер ВВ. Производство высококачественных органических удобрений. -Л.Знание. 1988.

51. Марченко ЕМ., Афанасьев B1L, m др. Типовая технология производства и внесения твердых органических удофеетй. -Мл ВЖМ, 1987.

52. Афанасьев В.Н., Архипченко Й.А. и др. Mеханизированные технологии охраны окружающей среды на животноводческих фермах и комплексах: Методические рекомендации.- Л.: ЛДНТП, Знание. 1990.

53. Gotaas H.B. Composting. World. Health organisation. Geneva, 1986

54. Дубешш С.Ф., Щубов Л .Я. Ройзиак В.Я. Сбор и переработка бытовых отходов в зарубежных странах, -М.: 1978.

55. Лопес де Гереню В О, Повышение эффективности производства твердых органических удобрений на основе навоза КРС в уФов^рттствовттт биореакторах барабаноого типа. Афтореф, дне,., канд. техн.наук. 1995.

56. Морозов Н,М„ Гриднев ПД„ Гриднева Т,Т, Технологические ш научно-технические решения проблемы эффективного функционирования технических систем по иод готовке навоза к использованию в качестве органического удобрения. ВНИИМЖ» М.Д997.

57. Морозов Н.М.„ Гриднев П.Й., Гриднева Т,Т, Технологические и научно-технические решения проблемы эффективного функционирования технических систем подготовки нааша к использованию в качестве органического удобрения. ВНИ-Й.МЖ,М.,1997.

58. Ковалев H.F., Линник Я.К. и др. Комплексная технико-экономическая оценка технологических схем уборки и утилизации навоза. Мех. я злектр. соц. сельского хозяйства. 1985,Jfe 11.

59. Дурдыбаев С.Д., Данидкина B.C., Рязанцев В.П. Утилизация отходов жи-вотководства и птицеводства. МВНИЙТЭИагропром, 1939.

60. Совершенствование технологических линий удаления и подготовки свиного навоза > предназначенного для использования в качестве органических удобрений (иегодаческне рекомендации). М.: ВАСХНИЛ, 1986,

61. Проектирование и эксплуатация систем удаления, переработки и использования навоза ферм и комплексов крупного рогатого скота (рекомендации). М л Рос-«езьхозюдат 1979.

62. Баранников В.В. Охрана-окружающей'среды а зоне промышленного животноводства. -М.: Россельхозиздат, 1985» -с.116.

63. Долгов В С. Гигиена уборки и утилизации навоза. М.: Россельхозиздат, 1989.

64. Технология внутрипочвенного внесения жидких органических удобрений. М.: Госагропром, 198?.

65. Механизированные технологий охраны окружающей среды на животноводческих фермах и комплексах. Методические рекомендации. Л.: Знание. 1990.

66. Технологии возделывания сельскохозяйственных культур, системы земледелия, кормопроизводства» рекомендации по применению удобрений, защите растений ш мелиорировашшх землях и другие разработки ВНЙЙМЗ последних лет (1989-1999 гг.), Тверь, ВНИИМЗ, 1999.

67. Попов В.Д. Методы проектирования и. критерии оценки адаптивных технологий заготовки коркой из ipai, повышающие эффективность технологий. Автореф. дне. доггера теш. наук. С-Пб - Пушкин, 1995

68. Афанасьев A.B., Афанасьев В.Н., Эколого-зкономическая оценка технологий и технических средств утилизации навоза. /Сб. докладов на научно-практической конференции "Экология и сельскохозяйственная техника" ,-СПб-Павловск, СЗННИМ ЗСХ, 200Ö.

69. Методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве.} Под рад. Г.Н. Губанова/М.: ВЙМ -1995

70. Кива -A.A., Рабшдана В.М., Сотников В.й. Биоэнергетическая оцепка и снижение энергоемкости технологических процессов в животноводстве. М.: Агро-промиздаг. -1990

71. Мишуков Б.Г. Исследование специфических особенностей и инженерное решение процесса дологической тистки шеококонцентрированных сточных вод в а-эр«щоннш сооружешш. Автореф, дис. доктор! техн. наук. Л. 1979.

72. Афанасьев В.Н., Миллер В.В., В айсберг О.Я. Закономерности развития популяций микроорганизмов при фермезшцда жидкого навозе и помета. Сб. науч. трудов.-Л.; ЯИНТКМЭСХ ЕЗ, 1985.-вып. 47

73. S3. Справочник по торфу. М.: Недра, 1982.

74. Гуляев Н.Ф., Мирный А.й. Термодинамические процессы а установках для компостирования мусора. Научные труды АКХ, Вып. 67, Ш2,1970.

75. S3. Юдаеа Б. Я. Теплопередача. Учебник для втузов. М.: "Высшая школа", 1973. 360 е., ил.

76. Ковалев Н.Г.Афанасьев ВН., Мишуков Б .Г .и др.Йнструкция полабораторному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах. -М : Колос, 1984.

77. Еосэвиз для работников агрохимических лабораторий. М.: Агропромиздат, 1981.432 с.

78. Александрова Л.Н., Найденова O.A. Лабораторио-практические занятия по почвоведению. Л.: Колос» 1976,280 с.

79. Прутков Н.Д., Халюткин В.А. Изучение основных теплотехнических характеристик брикетов. Механизация и электрификация сельского хозяйства. №1,1981.

80. Метода определения теплопроводности и температуропроводности. Под ред. А.В. Лыкова, Мл Энергия,1973.

81. Petri Ksptiiaes, Functional deep Utttta for ©old beef bams, Fiatiltad, VMt MTT, 1996.

82. Афанас&еа А.В. Оптимизация влажности помета при его «шиастнрваашш //Сб.Вклад мшшдыж учших s ротшй© задач научного обеспечения АШС Северо-Запада РФ. -СПб-Пушкин: ВИЗР. 1999

83. Туваев В.Н. Определение рациональных величин основных параметров процесса компостирования Н Сб. науч. трудов НЙПТНМЗСХ НЗ. РСФСР. Л.? 1986. С.92-101

84. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука» 1976,280 с.

85. Мельников С.В., Алешхян В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях содвкохозяйодешшх процессов. Л.; Колос, 1980,168 с,

86. Афанасьев А.В., Максимов Д.А. Биологическая активизация торфа для оздоровления почв./Сборник тезисов докладов научно-практической конференции «Экология и сеяьскохозгёственная технике» -С&б-Яавловск»С{ШИИМЭСХ, 1998.

87. Antaj МуогЗсо, Wtchw Romtflfok, Staaislaw Pizygorz&wekí» Janusz Buczyn-ski Projektowasie, badowa I wyposazanie bu-dynkow i&wentazskich. bstitut Buckwfiictwa, Meclaiizicjí í Elekiryfiktcji Rolmciwa, Wtzszaffa» 1998.

88. Карасев А й. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Статистика -1970133

89. Заявка N98122466/13(024134) С 05 Р 3Ю6, Â 01 С 3/02 Устройство для приготовления компостов / Афанасьев В.Н., Афанасьев Â.B, и др, Приоритет от 04.12.98. '

90. Об охране окружающей среды. Сборник нормативных актов по состоянию на 15.11,1997г.М.: Юрайт, 1997.

91. Комментарий к Закону Российской Федерации «Об охране окружающей среда, M,: Нкф» M Норма» if97.

92. Охрана природы. Справочник. /Под ред. К.П. Митрошкина/ М: Агропром-идатДЯОТ.

93. Технические условия на компост, вырабатываемый m мусороперерабра-тывающих заводах M.; АКХ им. Памфилова. Î996.135

94. СОДЕРЖАНИЕ ПРИЛОЖЕНИЙ Приложение I. Компьютерные программы для расчета моделей 136