Отраслевая сеть инноваций в АПК

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ​

Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Титульный лист и исполнители

РЕФЕРАТ

Отчет на 199 стр., 1 кн., 66 рис., 22 табл., 97 источн., 2 прил.

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА, СТОКИ, НАВОЗ, ЖИВОТНОВОДЧЕСКАЯ ФЕРМА, ОРОШЕНИЕ ПАСТБИЩ, УДОБРЕНИЕ ПОЛЕЙ, КОРМОВЫЕ КУЛЬТУРЫ, МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНАЯ ДОБАВКА, ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, ВНЕСЕНИЕ УДОБРЕНИЙ.

Объектом исследования являются процессы ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур.

Цель работы – разработка технологии ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения
пастбищ и удобрения полей для кормовых культур.

На основе анализа и синтеза отечественных и зарубежных технологий подготовки стоков и навоза животноводческих ферм с учетом требований охраны окружающей среды проведена оптимизация новых технологических и технических решений.

Разработаны методологические основы экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства.

Уточнены элементы экономико-математической модели с увязкой блоков подготовки навозных стоков и навоза на фермах и применения их в качестве органических удобрений при орошении пастбищ и выращивании кормовых культур.

Показаны принципы построения экономико-математической модели разрабатываемых технологических процессов и приведена информационно-аналитическая система поддержки и принятия решений оптимизации технологий производства органических удобрений.

На основе полученной модели определены технологические и режимные параметры технических средств для ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза, а также разработаны системы, обеспечивающие качественное орошение и удобрение пастбищ и полей в замкнутом цикле производства продукции животноводства.

Подготовлены рекомендации по использованию ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза для орошения пастбищ и удобрения полей.

Степень внедрения – технологии ускоренного производства жидких и твердых концентрированных органических удобрений для орошения пастбищ и удобрения полей под кормовые культуры внедрены в ряде хозяйств Ростовской области (СПК колхоз имени С.Г. Шаумяна, ЗАВ «Колхоз Советинский», СПК «КОЛОС» и др.)

Результаты исследования доложены и одобрены на заседании отраслевой секции земельных отношений, растениеводства и научно-технической политики в АПК технического совета МСХиП РО (Приложение 1).

ВВЕДЕНИЕ

В условиях глобализации мировой экономики важнейшей задачей государства является сохранение паритета его продовольственной безопасности. На первом этапе требуется снижение показателя импортозамещения до 15–20% вместо имеющихся в настоящее время в Российской Федерации 38%, тем самым снижая зависимость промышленности и сельского хозяйства от иностранного оборудования и импорта продовольствия.

Для обеспечения продовольственной безопасности государства необходима слаженная работа агропромышленного комплекса и его базовых отраслей: растениеводства и животноводства. В 2019 г. в Российской Федерации собран рекордный урожай зерновых культур в количестве 119 млн. тонн, в 2020 г. – 122,0 млн тонн. В Ростовской области в 2020 г. собрано 11 млн тонн ранних зерновых культур и более 1 млн тонн кукурузы на зерно.

Получение высоких урожаев сопровождается выносом из почвы значительных объемов питательных веществ и, как следствие, ее истощением.

В настоящее время площадь пашни в Российской Федерации составляет более 190 млн га, из которых около 85% подвержено в разной степени водной и ветровой эрозии, что приводит к ежегодному недобору более 25 млн тонн зерна. За последние годы около 40 млн га пашни выведены из общего севооборота и требуют значительных финансовых затрат на их восстанов-ление.

Одним из основных зернопроизводящих регионов Российской Федерации является Южный Федеральный округ. В структуре земель Южного Федерального округа по категориям земли сельскохозяйственного назначения составляют 78,4% (33012 тыс. га).

Применительно к основному субъекту Южного Федерального округа –Ростовской области – в структуре земель сельскохозяйственного назначения (10097 тыс. га) сельскохозяйственные угодья составляют 8512,4 тыс. га (84,3%), в том числе пашня –5867 тыс. га (58,1%) [1, 2]. На указанных площадях за последние три десятилетия наблюдается дестабилизация растениеводческой отрасли, в том числе в связи со значительным снижением эффективного плодородия почв из-за применения экстенсивных технологий производства растениеводческой продукции [1]. Снижение эффективного плодородия почв предопределило их деградацию. Из множества причин увеличения количества деградированных площадей в общем объеме пашни основной является ухудшение структуры продукционного слоя почвы и снижение ее плодородия из-за недостаточного внесения органических удобрений, как основы восстановления почвенного плодородия [3].

Основным источником производства органических удобрений является навоз животноводческих предприятий, помет птицефабрик, органические отходы продукции растениеводства. На животноводческих и птицеводческих предприятиях, в зависимости от технологий содержания животных и птицы, производится жидкий, полужидкий и подстилочный навоз (помет). Следует отметить, что в настоящее время в Ростовской области поголовье свиней составляет 410 тыс. голов, крупного рогатого скота – 590 тыс. гол., в том числе молочного – около 285 тыс.гол.

Существующие технологии рециклинга указанных органических отходов с переводом их в высококачественные органические удобрения являются не эффективными и не отвечают экологическим требованиям при их хранении и дальнейшей переработке в удобрения. Вопросы рециклинга органических отходов животноводства (птицеводства) не решены в настоящее время ни в одной стране мира. Попытки копирования технологий и технических средств переработки органических отходов без учета природно-климати-ческих условий регионов чреваты нарушением экологической обстановки в местах их накопления и использования и не дают ощутимого эффекта в качестве органического удобрения для повышения почвенного плодородия [4].

В последние годы получает развитие система органического земледелия, в основу которой наряду с получением экологически чистой продукции положен принцип сохранения почвенного плодородия земель сельскохозяйственного назначения. Ежегодно в пахотных почвах Российской Федерации минерализуется более 60 млн т гумуса, а восполняется около 27 млн т. Для его восполнения необходимо применять органические удобрения, которые оказывают положительное действие на баланс органического вещества в почве. В настоящее время у нас в стране сложилась сложная ситуация с обеспечением сельхозугодий органическими удобрениями.

За последние 30 лет в Ростовской области выход навоза с 32 млн т сократился до 3,2–3,5 млн т, что явно недостаточно для восстановления почвенных ресурсов. Решить данную проблему можно путем мобилизации всех ресурсов органического сырья, в первую очередь, навозных стоков и навоза животноводческих предприятий.

Орошаемое земледелие Ростовской области базируется в основном на Донском магистральном канале, построенном в 1952 г. протяженностью 112 км, забирающем воду из Цимлянского водохранилища расходом 250 м3/с для орошения 163 тыс. га обводненных пастбищ и хозяйственно-питьевого водоснабжения в засушливых восточных районах области [1].

Мелиоративные системы области представляют собой сложный комплекс гидротехнических сооружений, включающих в себя более 1,5 тыс. км водоподающих межхозяйственных и магистральных каналов, более 100 головных и перекачивающих насосных станций.

Основная часть орошаемых площадей и гидротехнических сооружений, обеспечивающих подачу воды, была введена в эксплуатацию в 60–80-е годы прошлого века и базировалась на земляных магистральных каналах с внутрихозяйственной сетью из железобетонных лотков. За более чем 30-летний период эксплуатации все системы практически вышли из строя.

С 2005 г. на 25 тыс. га сократились общие площади орошаемых сель-хозугодий, в том числе на 7,2 тыс. га, обеспеченные дренажом. На 5 тыс. га уменьшились площади с хорошим мелиоративным состоянием, при этом под категорией с неудовлетворительным состоянием на 2,4 тыс.га возросли площади с засоленными почвами [1].

Для эффективного ведения животноводства необходимо наличие собственной кормовой базы. Для этой цели требуется восстановление пастбищ и полей для кормовых культур на основе разработки и внедрения ускоренной биотехнологии подготовки стоков и навоза в качестве органических удобрений. В Ростовской области пастбища занимают 2497 тыс. га (24,8% от общей площади). Сенокосы занимают 90,2 тыс. га (0,9% от общей площади) [1].

В этой связи проблема эффективного функционирования животноводческих предприятий с замкнутым технологическим циклом на собственной кормовой базе является актуальной, представляет научный и практический интерес.

Цель исследования в 2020 году состоит в разработке ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур.

Задачи исследования.

1. Провести анализ и синтез технологий подготовки навозных стоков и навоза в качестве органических удобрений в системах орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур.

2. Разработать методологические основы экономического механизма управления технологическими процессами орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур.

3. Разработать экономико-математическую модель для решения оптимизационных задач при разработке технологий производства высококачественных органических удобрений.

4. Разработать биотехнологии и технические средства для подготовки навоза в качестве жидких и твердых органических удобрений для производства кормовых культур.

5. Определить технологические и режимные параметры технических средств для ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур.

6. Определить социально-экономическую эффективность применения ускоренной биотехнологии и разработать рекомендациИ по её использо-ванию.

Научная новизна работы состоит в обосновании параметров технических средств системы ускоренной биотехнологической подготовки стоков для орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур на основе системного анализа рассматриваемых технологий.

Практическая значимость состоит в реализации в производственных условиях технологий ускоренной биотехнологической подготовки стоков для орошения пастбищ и навоза животноводческих ферм для удобрения полей при производстве кормовых культур.

Результаты исследования доложены и одобрены на заседании отраслевой секции земельных отношений, растениеводства и научно-технической политики в АПК технического совета Министерства сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области (Приложение 1).

По теме данного научного исследования получено более 20 патентов на изобретения и полезные модели, свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ (Приложение 2), а также опубликовано 4 монографии, более 35 научных статей в изданиях Scopus. Внедрены в производство технологии переработки навоза в органические удобрения и технологические регламенты для его подготовки и хранения.

1 АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИСТЕМ ПОДГОТОВКИ СТОКОВ И НАВОЗА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ

1.1 Анализ систем подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в качестве органического удобрения для орошения пастбищ и удобрения полей для выращивания кормовых культур

Анализ и синтез систем подготовки навоза к использованию основан на системном подходе к изучению рассматриваемых вопросов и определя-ется внутренними и внешними связями отраслей животноводства и растениеводства [5-8] (рис. 1.1).

word image 192 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 1.1 – Методы анализа и синтеза на основе системного подхода

Анализ системы – процесс использования, при котором по известным параметрам системы и внешней среды определяются параметры функционирования системы.

Синтез системы – процесс её исследования, при котором по требуемым показателям функционирования системы и имеющимся ограничениям на
ресурсы в известных условиях внешней среды необходимо определить параметры системы (перспективные биотехнологии подготовки стоков и навоза). Практические приемы системного исследования основаны на анализе, синтезе и соблюдении их единства на всех этапах исследования.

Важным фактором производства кормов для животноводства являются условия их выращивания.

Условия выращивания кормовых культур в Ростовской области.
С учетом почвенно-климатических и экономических условий используется деление территории Ростовской области на шесть основных природно-сель-скохозяйственных зон и восемь подзон [1, 9, 10].

1. Северо-западная зона объединяет 9 районов: Верхнедонской, Шолоховский, Боковский, Чертковский, Миллероский, Кашарский, Тарасовский, Каменский, Красносулинский. Следует выделить две подзоны: подзона А – Верхнедонской, Шолоховский, Боковский, Чертковский и Кашарский районы и подзона Б – как более благоприятная по почвенно-климатическим условиям, включающая Миллеровский, Тарасовский, Каменский и Красносулинский районы.

Территория зоны представляет собой повышенную волнистую равнину с общим уклоном с севера на юг и восток к рекам Северский Донец и Дон, к Азовскому морю.

Среднегодовая температура воздуха – 7,7–7,7 оС, сумма активных температур – 3100–3300 оС. Зима умеренно холодная со средней температурой воздуха января со средней температурой минус 8–9 оС, безморозный период 160–175 дней. Среднегодовая сумма осадков – 438 мм, из них в теплый период года – 273 мм с наибольшим количеством в июне и июле. Испаряемость за год – 820 мм. Радиационный баланс – 2682 МДж/м2 в год. Слой стока 10%-ной обеспеченности в период снеготаяния – 80–100, в летний период – 6 мм.

2. На территории северо-восточной зоны расположено 9 административных районов: Морозовский, Милютинский, Обливский, Тацинский, Константиновский, Белокалитвенский, Советский, Цимлянский, Усть-Донецкий. Следует выделить две подзоны: подзона А – острозасушливая и менее плодородная, включает Советский, Обливский, Милютинский и Морозовский районы, и подзона Б – засушливая, включает Тацинский, Цимлянский, Константиновский, Белокалитвенский и Усть-Донецкий районы.

Климат зоны носит континентальный характер с четко выраженным годовым ходом температуры воздуха: минимальной – минус 6,6–7,0 оС в январе и максимальной – 22,8–23,4 оС в июле. Среднегодовая температуры воздуха – 7,8 оС, сумма температур выше 10 оС – 3187 оС, продолжительность безморозного периода – 165–180 дней. Осадков за год в среднем выпадает 394 мм, из них в течение вегетационного периода – 246 мм. Испаряемость за год – 790 мм, радиационный баланс – 2679 МДж/м2 в год. Слой стока весеннего снеготаяния 10%-ной обеспеченности – 60 мм, дождевого – 6,2 мм.

3. В состав центральной орошаемой зоны входят: Мартыновский, Пролетарский, Семикаракорский, Багаевский, Волгодонской и Веселовский районы. Выделяются две подзоны: подзона А – менее плодородные почвы и более засушливый климат, включает в себя Мартыновский, Волгодонской и Пролетарский районы и более благоприятная по почвенно-климатическим условиям подзона Б, в неё входят Веселовский, Багаевский и Семикаракорский районы.

Среднегодовая температура воздуха – 8–8,5 оС, сумма температур воздуха выше 10 оС – 3200–3400 оС, безморозный период – 160–180 дней. Среднегодовая сумма осадков – 413 мм, в том числе за вегетационный период – 251 мм. Радиационный баланс солнечной энергии – 2654 МДж/м2 в год.

4. Приазовская зона объединяет 8 районов: Матвеево-Курганский, Куй-бышевский, Родионово-Несветаевский, Неклиновский, Мясниковский, Октябрьский, Азовский, Аксайский.

Среднегодовая температура воздуха – 8,5 оС, суммарная температура выше 10 оС – 3252 оС, среднемноголетняя температура января минус 5,7 оС, максимальная июля – 22,8–22,9 оС. Среднемноголетняя сумма осадков за год – 450–500 мм, из них за вегетационный период – 270–300 мм, испаряемость за год – 840 мм, радиационный баланс – 2693 МДж/м2 в год.

5. Южная зона занимает юго-западную часть территории области и включает 6 административных районов: Кагальницкий, Зерноградкий, Егорлыкский, Целинский, Сальский, Песчанокопский.

Среднемноголетняя сумма температур воздуха выше 10 оС составляет 3304 оС, среднегодовая температура воздуха 8,9 оС, максимальная температура июля – 22,9–23,8 оС, минимальная января – минус 4,7–5,5 оС. Среднемноголетняя сумма осадков за год – 474–500 мм, в т.ч. за вегетационный период – 290–300 мм, испарение за год – 825–912 мм, радиационный баланс – 2641–2685 МДж/м2 в год.

6. В состав восточной зоны входят 5 районов: Орловский, Зимовниковский, Ремонтненский, Дубовский, Заветинский. Следует выделить две подзоны: подзона А – острозасушливая с явлениями опустынивания и высокой долей солонцов, включает Ремонтненский, Дубовский, Заветинский районы и подзона Б – острозасушливая с неблагоприятными суховейными явлениями, включает Зимовниковский и Орловский районы.

Климат характеризуется среднемноголетней годовой температурой воздуха – 8,4–9,2 оС, суммой температуры воздуха выше 10 оС – 3200–3400 оС, продолжительностью безморозного периода – 175–185 дней. Сумма осадков за год – 341–417 мм, из них в теплое время года – 180–235 мм. Испаряемость за год –976 мм, радиационный баланс солнечной энергии – 2807 МДж/м2
в год.

Применительно к землеустройству Ростовской области выделяемые поля для кормовых культур и участки для орошения пастбищ органично вписываются в зональные технологии возделывания сельскохозяйственных культур [10, 11].

Многолетние травы и травосмеси могут возделываться в полевых, кормовых, прифермских, сенокосно-пастбищных и специальных севооборотах.

В полевых севооборотах, где планируется двухлетнее использование трав, предпочтительно возделывать люцерну синегибридную и эспарцет в чистом виде.

Люцерна и люцерно-злаковые травосмеси целесообразно размещать после пропашных культур и однолетних трав. Люцерна желтая рекомендуется для возделывания на сенокосах и пастбищах, особенно в восточной и северо-восточной зонах, где синегибридная люцерна неустойчива [11].

На черноземах Ростовской области в полевых севооборотах травы высевают под покров ранних яровых культур (ячменя или гороха).

Эспарцет высевается под покров тех же культур, что и люцерна.

На корм животным в поздне-осенний период можно использовать перко-двухлетнее растение озимого типа, которое в первый год образует мощную розетку листьев.

Амарант – растение с высокой устойчивостью к летней засухе. Засухоустойчивость его объясняется экономичным расходованием воды, потребность в которой в 2–2,5 раза меньше, чем у бобовых и злаковых культур.

Колумбова трава представляет собой многолетнее высокорослое злаковое растение с мощной мочковатой корневой системой. Возделывают её на зелёный корм, сено, сенаж, силос и используют для выпаса животных. В 1 кг зелёной массы колумбовой травы содержится: кормовых единиц – 0,25, переваримого протеина (т/к.е.) – 114, сена – 0,57 и 101, сенажа – 0,35 и 85, силоса – 0,25 и 104, соломы – 0,40–85, зерна – 0,95 и 91 соответственно [11]. В год на одну корову требуется 40–50 ц силоса.

Из кормовых трав в Ростовской области также распространены козлятник восточный, вайда красильная и др.

Из корнеплодов наиболее распространена кормовая свекла. Наибольшие урожаи корнеплодов кормовая свекла даёт при размещении в прифермском севообороте, где применяют повышенные нормы органических удобрений, а расходы на транспортировку урожая сводятся к минимуму. Обычно в хозяйствах посевные площади под кормовыми корнеплодами не очень велики. При определении их размеров исходят из необходимости заготовить на каждую голову КРС не менее 5–6 т корнеплодов в год. Не рекомендуется высевать кормовую свеклу в одном и том же месте ранее чем через 3 года.

Летом животные питаются зелёным кормом. Травы пастбищ (бобовые, осоковые и разнотравье) – недорогое полноценное питание. Чем моложе растение, чем больше в нем воды. Биологическая ценность молодой травы выше. Зелёный корм для КРС состоит из сухого вещества и воды. В зелёных травах содержится 60–80% воды. Питательные вещества: углеводы, лепиды, протеин, витамины Е, К и группы В. Содержание каротина на 1 кг сухого вещества – 150–280 мг. На первом месте по питательности – бобовые, на втором – злаковые культуры, на третьем – разнотравье.

Для КРС требуются также грубые корма – источник растительной клетчатки, которая необходима для нормального функционирования организма травоядных животных. Их включают в рацион в зимний период, ранней весной и поздней осенью, когда пастбища пусты от растительности.
К грубым кормам относятся сено, солома (Wсол=18–20%), сенаж (Wсен=40–60%), веточный корм.

С 2005 года на 27 тыс. га сократились общие площади орошаемых сельхозугодий. Основной причиной является физический износ мелиоративных систем и снижение водных запасов для полива. Резервом для производства кормов является повышение их урожайности за счет использования стоков и навоза животноводческих предприятий.

Основные требования при использовании жидкого навоза и навозных стоков для орошения и удобрения пастбищ

Ветеринарно-санитарными правилами по использованию животноводческих стоков для орошения и удобрения пастбищ установлены определенные требования на их безопасную эксплуатацию, основные из которых приведены ниже.

Земельные участки под орошаемые пастбища выбирают с учетом рельефа местности, типа почвы и её санитарно-гигиенического состояния, уровня стояния грунтовых вод, возможности устройства санитарно-защитных зон. Потребность в пастбищах определяют из расчета в среднем 0,3 га на условную голову.

Санитарно-защитные зоны от границ пастбищ, орошаемых животноводческими стоками, до жилой застройки, производственных зданий, железных и автомобильных дорог при использовании средне- и дальнеструйных дождевальных машин и аппаратов должны составлять не менее 200 м, короткоструйных – 100 м, до животноводческих помещений – 100 и 60 м соответственно.

При устройстве пастбищ, орошаемых животноводческими стоками, вблизи водоёмов (прудов, озер, рек, водохранилищ) необходимо учитывать, что под пастбища запрещается отводить земли в пределах установленной для данной категории водоохранной зоны.

Используемые при орошении пастбищ животноводческие стоки подготавливают путем разделения на фракции, шестисуточного карантирования и дегельминтизации. При возникновении заразных болезней использовать стоки для полива пастбищ запрещается.

Подготовленные животноводческие стоки должны отвечать следующим требованиям:

1. Влажность стоков для комплексов крупного рогатого скота – не менее 95%, свиноводческих – не менее 98%.

2. Величина твердых и длинноволокнистых включений – не более 10 мм, а при применении дождевальных машин с гидроприводом – не более 2,5 мм.

3. Концентрацию общего азота в стоках периодически, не реже 1 раза в месяц, определяет агрохимическая служба. Она не должна превышать следующих показателей:

– для многолетних злаковых трав первого года, люцерны, клевера красного, смеси однолетних трав без бобовых – 1000 мг/л;

– для многолетних злаковых трав второго и последующего лет пользования – 1500 мг/л.

Орошение пастбищ с использованием животноводческих стоков осуществляется поверхностным способом, дождеванием с применением коротко-, средне- и дальноструйных машин и аппаратов, а также мобильным транспортом. Норма внесения животноводческих стоков зависит от содержания в них азота, влагоудерживающей способности почвы, местных гидро-геологических и других условий с учетом продуктивности травостоя пастбищ и определяется расчетным путем.

Пастбища, орошаемые стоками животноводческих предприятий, размещают с подветренной стороны по отношению к жилой застройке. При этом учитывают господствующее направление ветра в теплый период года.

В целях оптимального использования травостоя и соблюдения ветеринарно-санитарных правил орошаемые пастбища должны иметь не менее 8–12 загонов с применением пастбищного оборота.

Пастбища и загоны должны быть ограждены и иметь удобные места входа и выхода животных.

Контакт животных с поливными стоками должен быть исключен. Поение животных на пастбище осуществляется из санитарно-надежных доброкачественных водоисточников.

Бесподстилочный навоз (полужидкий, жидкий и навозные стоки) в зависимости от влажности обладает в разной степени удобрительными и увлажнительными свойствами, что создает перспективу для применения в качестве удобрения сельскохозяйственных угодий и пастбищ.

В сравнении с твердыми видами органических удобрений жидкий навоз и навозные стоки – это удобрения быстрого действия с крайне низким отношением углерода и азота, большей доступностью для растений всех биогенных элементов. Вместе с тем, жидкий навоз и стоки относятся к категории нестабильных органических загрязнителей, в 1 мл которых содержится до 170 млн микробных клеток, в том числе и патогенных.

Бесконтрольное использование жидкого навоза и стоков может привести к чрезмерному загрязнению объектов окружающей природной среды и быть причиной эпизоотической и эпидемиологической угрозы. Поэтому важным элементом в системе природоохранных и противоэпизоотических мероприятий при использовании навоза и стоков для орошения и удобрения пастбищ является соблюдение экологических и ветеринарно-санитарных требований.

При устройстве пастбищ, орошаемых животноводческими стоками, вблизи водоемов (прудов, озер, рек, водохранилищ) необходимо учитывать, что под пастбища запрещается отводить земли в пределах установленной для данной категории водоёма водоохраной зоны. Так, в соответствии с гигиеническими требованиями и охране поверхностных вод (СанПиН 2.1.5.980-00) не допускается сброс сельскохозяйственных, в том числе и животноводческих сточных вод в пределах первого пояса зон санитарной охраны источников хозяйственно-питьевого водоснабжения; в пределах первого и второго поясов округов санитарной охраны курортов; в местах туризма, спорта и массового отдыха населения, а также в пределах второго пояса зон санитарной
охраны источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, если содержание в них загрязняющих веществ и микроорганизмов превышает взвешенные вещества не более 0,25 мг/дм3; растворенный кислород – не более 4,0 мг/дм3; биохимическое потребление кислорода (БПК5) – не более 2,0 мг О2/дм3; ХПК – 15,0 мг О2/дм3. Химические вещества не должны содержаться в воде, водных объектах в концентрациях, превышающих ПДК или ОДУ; не должны содержать возбудителей кишечных инфекций, термотолерантные колиформные бактерии не более 100 КОЕ/100 мл; общие колиформные бактерии не более 1000 КОЕ/100 мл и колифаги – 10 КОЕ/100 мл [12].

Пастбища, орошаемые стоками животноводческих предприятий, размещают с подветренной стороны по отношению к жилой застройке. При этом учитывают господствующее направление ветров в теплый период года.

Санитарно-защитные зоны от границ пастбищ, орошаемых животноводческими стоками, должны быть не менее чем 200 м до жилой застройки, производственных зданий, железных и автомобильных дорог при использовании средне- и дальнеструйных машин и аппаратов, короткоструйных –соответственно.

Определенный интерес представляет уход за пастбищами, который заключается в следующем.

Поддержание высокой урожайности травостоя на протяжении всего периода использования пастбища невозможно без хорошо налаженного ухода за ним.

К приемам текущего ухода за пастбищами относятся весенняя подготовка пастбищных участков, подкормка травостоя удобрениями, регулирование водно-воздушного режима почвы (орошение), подкашивание несъеденных остатков, разравнивание кала животных, борьба с сорными растениями, подсев трав.

Весенняя подготовка пастбищных участков включает очистку территории пастбища от мусора, хвороста, камней, ремонт изгородей, подсобных помещений и ряд других организационно-хозяйственных работ.

Орошение является одним из наиболее эффективных приемов ухода за пастбищами. Оно оказывает разностороннее действие на пастбищный травостой. Прежде всего орошение способствует повышению плотности травостоя: количество побегов на 1 м2 увеличивается в 1,4–1,8 раза. Каждый 1 м3 воды при внесении N60Р45К90 обеспечивает прибавку 2,4 кг корм.ед. Орошение препятствует вырождению травостоя. Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что на пятый год пользования содержание несеяного мятлика лугового в травостое увеличилось, благодаря чему повысилась устойчивость дернины к вытаптыванию. При орошении наиболее полно используется пастбищный корм (не только за счет улучшения биохимического состава, но и более быстрой минерализации экскрементов животных).

Самым распространенным способом орошения является дождевание. Оно проводится с помощью различных дождевальных машин («Фрегат», «Волжанка», дождевальные шлейфы, шланговые дождеватели).

Режим орошения лугов, созданных способом коренного улучшения, должен соответствовать потребностям роста многолетних трав во все периоды роста и развития и обеспечивать влажность не ниже 70–75% наименьшей влагоемкости в слое почвы 70–100 см. Его также необходимо увязывать со сроками стравливания травостоя. Количество поливов за один цикл стравливания – 1–2.

Сроки полива устанавливают по влажности почвы в верхнем клубнеобитаемом слое. Полив начинают, когда запас влаги в клубнеобитаемом слое почвы снижается до 70% наименьшей влагоемкости. Глубину расчетного клубнеобитаемого слоя принимают в зависимости от вида многолетних трав. Для травосмеси ориентируются на бобовый компонент.

Запас влаги в клубнеобитаемом слое почвы (W, мм) определяют по формуле

W = 10a · b · h, (1.1)

где а – влажность почвы, % к сухой массе;

b – плотность почвы, г/см3;

h – расчетный слой почвы, м.

Оросительную норму (М, мм) рассчитывают по формуле А.А. Костикова:

М = В – (К · Р + П), (1.2)

где В – водопотребление, мм;

К – коэффициент полезного использования воды на поливной площади;

Р – количество осадков за вегетацию, мм;

П – объем влаги, который может быть взят из почвенного запаса

(для легких почв – 50, для тяжелых – 100 мм в метровом слое), мм.

Максимальная потребность в орошении наблюдается с третьей декады мая по третью декаду июля и составляет около 40 мм в декаду, достигая максимума в июне, затем сокращается на 15–20 мм.

На основе вышеизложенного нами разработаны системы замкнутого цикла производства продукции на свиноводческих фермах, фермах КРС и овцетоварных фермах [13-15].

Особое значение для стабильного функционирования животноводческих предприятий уделяется операциям кормления, уборки навоза, его накопления, хранения и переработки в высококачественные органические удобрения [5–7, 16].

В зависимости от технологии содержания животных на фермах и комплексах производят твердый (подстилочный) навоз (ТН), полужидкий навоз (ПЖН) и жидкий навоз (ЖН).

В свежем виде все указанные виды навоза имеют большое количество патогенной микрофлоры и представляют опасность для растительного и животного мира в местах их накопления и хранения.

Производимый навоз на животноводческих и птицеводческих предприятиях в законодательной базе Российской Федерации определен как отход IV и V класса опасности [4]. По мнению Минприроды России, навоз, помёт и иные органические вещества и материалы, образующиеся в животноводстве в результате содержания сельскохозяйственных животных и являющиеся продуктами жизнедеятельности последних, после их обеззараживания в соответствии с санитарными правилами, а также произведенные на их основе органические удобрения, могут быть реализованы в качестве продукции при соблюдении следующих условий:

– при наличии уставной, проектной, технологической и иной документации, позволяющей относить навоз, помет, иные органические вещества, образующиеся на предприятиях в результате хозяйственной деятельности, к продукции;

– при наличии разработанных и утвержденных технических условий на удобрения на основе навоза, помета, иных органических веществ, которые учитывают государственные и отраслевые стандарты, санитарно-гигиениче-ские нормативы и правила, природоохранные требования, а также при наличии технологического регламента на навоз, помёт, органические вещества и материалы;

– при отражении в хозяйственном, бухгалтерском учете предприятия операций с указанными навозом, помётом, иными органическими веществами и материалами в качестве операций с продукцией.

Следовательно, при соблюдении указанных выше требований, производимый на животноводческих предприятиях навоз можно считать продуктом. Реализация требований перевода отхода (навоза) в продукт (органическое удобрение) требует совершенствования технических средств рециклинга органических отходов [4, 17, 18]. Существующее положение развития технических средств рециклинга органических отходов проводили на основе системного анализа литературных источников и собственных исследований авторов данного научного исследования.

Особое внимание при производстве животноводческой продукции за рубежом уделяется сокращению выбросов аммиака и других газов в атмосферу. В Нидерландах снижение загрязнения окружающей среды проверяется на малых пилотных фермах [19]. Аналогичные эксперименты проводятся в Дании, где дополнительно исследуются системы оценочных средств по использованию белка на корм КРС и их влияние на выделение аммиака [20]. Значительное внимание уделяется исследованиям многоступенчатых очистителей для снижения выбросов вредных веществ на свиноводческих предприятиях [21]. В Европейских странах ведутся исследования по поводу групп микроорганизмов, обеспечивающих снижение выбросов аммиака на птицефабриках [22]. Наиболее эффективным направлением является рециклинг
органических отходов животноводства и птицеводства в органические удобрения как самостоятельно, так и совместно с органическими отходами растениеводства (солома, незерновая часть других сельскохозяйственных культур) [23].

Ученые бывшего СССР и зарубежные специалисты в 70–80-х годах ХХ века активно разрабатывали технологии переработки всех видов навоза в
органические удобрения и технические средства для их реализации. Применительно к крупным животноводческим предприятиям, производящим жидкий навоз и помет, разработаны технологии механического разделения на твердую и жидкую фракции с последующим производством на их основе твердых и жидких органических удобрений. При переработке полужидкого навоза предпочтение отдавалось технологиям производства компостов с использованием различных влагопоглотителей (соломы, торфа и т.д.). Подстилочный навоз, как правило, перерабатывался по традиционной технологии: накопление, буртование, периодическая перебуртовка, внесение на поля (рис. 1.2) [24, 25].

Ферма

Транспортирование

ТН

Производство ТОУ

Внесение ТОУ

Буртование

Периодическое перемешивание

Рисунок 1.2 – Технологическая схема переработки твердого навоза

Переработка полужидкого навоза (W = 86–92%) предусматривает операции его транспортирования, накопления, производства компостов с
использованием влагопоглотителя – соломы, или внесение на поле (после выдерживания в отстойниках-накопителях до 12 месяцев) в качестве полужидкого органического удобрения (ПЖОУ) (рис. 1.3).

word image 193 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 1.3 – Технологическая схема переработки полужидкого навоза

Производимый на животноводческих предприятиях жидкий навоз (ЖН) перерабатывается по двум вариантам.

Вариант 1. Производство жидких органических удобрений (ЖОУ) путем выдерживания до 12 месяцев в прудах-накопителях.

Вариант 2. Механическое разделение жидкого навоза на твердую (ТФ) и жидкую (ЖФ) фракции с раздельной переработкой их в твердые (ТОУ) и жидкие (ЖОУ) органические удобрения (рис. 1.4).

По варианту 1 жидкий навоз накапливается в прифермском накопителе и насосами по трубопроводам перекачивается в двухсекционные пруды-накопители. Естественное обеззараживание происходит в течение 12 месяцев, после чего ЖОУ специализированными машинами вносятся на поля для удобрения кормовых и зерновых культур. Недостатками данной технологии являются: высокая опасность загрязнения окружающей среды, так навозохранилища зачастую не имеют изолирующего покрытия днища и боковых стенок; значительные затраты на перемешивание и погрузку ЖОУ; высокие дозы внесения – от 400 до 700 м3/га.

word image 194 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 1.4 – Технологическая схема переработки жидкого навоза

Наиболее приемлемым является вариант 2, предусматривающий разделение жидкого навоза на твердую и жидкую фракции и их раздельную переработку с интеграцией в твердые и жидкие органические удобрения.

Анализ системы разделения жидкого навоза на фракции показал следующее.

Разработанные ранее системы машин для обработки жидкого свиного навоза в крупных свиноводческих предприятиях не эффективны на малых фермах, поскольку они имеют высокую производительность, относительно большие габаритные размеры, требуют дополнительных затрат труда на обслуживание и т.д.

Поэтому для малых и средних ферм целесообразна разработка технических устройств, органически связанных с основным производством или являющихся естественным его продолжением. В любом случае это должны быть простые, компактные, надежные в работе технические средства, рассчитанные на обработку небольших суточных объемов навоза.

Эффективность и целесообразность предварительного механического разделения навоза на фракции повлекли за собой широкое применение для этих целей методов и средств разделения суспензий из различных отраслей промышленности, вызвали необходимость создания специальных машин и оборудования [5–8, 26]. При этом предпочтение отдается осаждению и фильтрованию. Осаждение под действием гравитационных сил производится в отстойниках различных конструкций. Основным недостатком отстойников являются значительные капвложения на их строительство.

Классификация способов и средств механического обезвоживания жидкого навоза представлена в таблице 1.1.

Осаждение под действием инерционных сил производится в осади-тельных центрифугах. Разделение жидкого навоза происходит под действием центробежных сил в сплошном роторе и разности плотностей твердой и жидкой фракций. Несмотря на компактность этих установок, они имеют ряд недостат-ков: высокое содержание взвесей в фильтрате, значительная энергоемкость, чувствительность к изменению физико-механических свойств обрабатываемо-го продукта.

word image 16 scaled Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

При фильтровании разделение жидкого навоза производится посредст-вом пористых перегородок, которые задерживают одну фракцию и пропускают другую. Фильтрование осуществляется под действием инерционно-центро-бежных и поверхностных сил давления.

Действие инерционных сил заложено в основе процесса разделения жид-кого навоза на виброфильтрах и вибрационных грохотах, основным элемен-том которых является фильтровальная перегородка, связанная с источником колебаний.

Вибрационные наклонные грохоты ГИЛ-32, ГИЛ-42, ГИЛ-52 отлича-ются простотой устройства и эксплуатации, достаточной надежностью техно-логического процесса и высокой производительностью. Однако, имеющиеся недостатки, такие как низкая эффективность процесса разделения и большая металлоемкость стали преградой на пути их широкого применения для утилизации навоза.

Не получили распространение и виброфильтры, основными недостат-ками которых являются: высокая энергоемкость, сложность обслуживания, высокая влажность твердой фракции (до 90%) и недостаточная влажность фильтрата (до 98%), небольшая производительность и др.

В животноводческих хозяйствах для разделения жидкого навоза на фракции применяют вибрационные грохоты барабанного типа марки ГБН-100 [7, 27]. Несмотря на такие преимущества, как небольшая металлоемкость, простота обслуживания, высокая производительность, ГБН-100 показали низ-кое качество разделения, связанное с заиливанием отверстий на перфориро-ванной перегородке.

Широкое распространение в 80-90 годах XX века на свиноводческих предприятиях получили установки типа «дуговое сито», интерпретированные позже в СД-Ф-50 [28–30]. Основным преимуществом дуговых сит является простота конструкции и технического обслуживания, низкие металлоемкость и энергоемкость, относительно высокая производительность. Однако получае-мый после разделения осадок требует дополнительного обезвоживания [31].

В настоящее время для обезвоживания жидкого навоза применяют центрифуги УОН-700 (УОН-Ф-835) с ножевым съемом твердой фракции конструкции ВНИИМЖ.

Преимуществом центрифуги являются высокая производительность, компактность, возможность разделения на фракции навоза КРС. К недостат-кам можно отнести следующее: чувствительность к изменению физико-меха-нических свойств исходного навоза, частую чистку и замену фильтрующей перегородки, значительный вынос взвешенных веществ с фильтратом, что затрудняет его последующую обработку.

Такими же недостатками обладает фильтрующая центрифуга со шнеко-вым съемом и выгрузкой твердой фракции конструкции ВНИПТИМЭСХ.

Для разделения осадков навозных стоков применяют пресс-шнеки раз-личных конструкций: ВПНД-5, ВПНД-10, взятые из пищевой промышленно-сти, ВПО-20, ПНЖ-68А, разработанные для обезвоживания осадков навоз-ных стоков.

Существующие пресс-шнеки позволяют отделить влагу только от пред-варительно обезвоженной навозной массы, для чего требуются дополнитель-ные устройства предварительного обезвоживания исходного продукта.

Перечисленные выше технические средства приемлемы для работы и на крупных животноводческих фермах и комплексах.

За рубежом, наряду с гомогенизацией (с последующим анаэробным сбраживанием и ферментацией), перспективной также считают сепарацию навоза.

Широкое распространение в Швеции получил сепаратор Roto Sive 3024-51 фирмы «Roto Sive». Он состоит из перфорированного барабана, внутри которого находится шнек, способный отводить полученную твердую фракцию.

Высокие качественные показатели имеет сепаратор фирмы «Reime AS» (Норвегия), позволяющий получить твердую фракцию влажностью 70%. Конструкция его очень проста: шнек размещен в перфорированном цилиндре, выгрузная горловина которого имеет форму конуса. Однако сепаратор имеет низкую производительность (до 2 м3/ч на навозе КРС и 4–6 м3/ч на свином навозе).

Принципы двухступенчатого обезвоживания свиного навоза заложены в конструкции дугового сита со шнековым прессом SP-304/12,2 фирмы «Ausrustungbetriev Gullewirtschaft Sunger heusen» (Германия) и агрегата фирмы «Meprozet Nierodzim» (Польша). Эти комплекты оборудования состоят из двух самостоятельных частей, объединенных в один агрегат: дуговое сито и шнековый пресс.

Сепаратор свиного навоза фирмы «Pan» (Германия) также использует двухступенчатый принцип обезвоживания. Отличительной его особенностью является совмещение двух ступеней в одной конструкции. Первая ступень работает по принципу обычного фильтрования через перфорированную пере-городку без напора исходного навоза. Сгущенная фракция, в которой посто-янно повышается концентрация сухого вещества, шнеком подается в прес-сующую камеру, имеющую форму цилиндра, поверхность которого образована стальными прутьями.

Заслуживает внимания выпускаемый фирмой «Parrow Separator» (Великобритания) сепаратор Parrow Dewater МК-2, который состоит из двух последовательно соединенных криволинейных сит. Над каждым ситом расположены роторы, имеющие щетки и отжимные валики.

Перспективным направлением развития техники для фракционирования навоза является создание мобильных сепараторов, способных обслуживать ряд мелких близлежащих животноводческих хозяйств. Над решением этой проблемы работает ряд зарубежных фирм и уже получены первые резуль-таты.

Фирмой «Sudstall» (Германия) разработана мобильная сепарирующая установка, смонтированная на прицепе [32, 33].

Установка оснащена барабанными сепараторами, насосом и гомогенизатором.

Мобильный сепаратор жидкого навоза предлагает фирма «Energie Versorgung Schwaben AG» (Германия). Рама сепаратора выполнена в виде одноосного прицепа. Установка имеет перфорированный барабан и отжимные вальцы [32, 33].

Основные технологические показатели зарубежных агрегатов и устано-вок представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Основные технологические показатели зарубежных агрегатов

для разделения навоза на фракции

Марка

машины,

агрегата

Вид

навоза

Производительность, т/ч Влажность, %
исходного навоза твердой фракции жидкой фракции
SP-304/12,2 Свиной 14 93–95 52 96,3
N 620-621 Свиной 20–25 95 55–65 99,5–99,7
Pan Свиной 3–7 90–97 70 98
Parrow Dewater MK-2 Свиной 16 93 81 95
КРС 10 92 86 95
Roto Sive 3024-51 Свиной 15 91 88 96
КРС 28 93 89 96
Установка фирмы «Sudlstall» Свиной 40 95 83 98
КРС 20 93 83 96
Установка фирмы «E-V Schwaвеn А.G» КРС 9,5–12 92–97 80 95–99

Из таблицы 1.2 видно, что выпускаемое за рубежом оборудование для разделения навоза на фракции отличается разнообразием конструкций и высоким техническим уровнем. Однако по качественным показателям удовлетворяют установки N 620-621 (влажность твердой фракции менее 70%, фильтрата – более 98,5%), в которых используется двухступенчатый принцип обезвоживания навоза.

Исходя из вышеизложенного, для переработки жидкого навоза требуется разработка и создание компактной установки для его локального разделения на фракции.

Применительно к Ростовской области была разработана и внедрена на свинокомплексе «Первомайский» мощностью 24 тыс. голов в год технология переработки жидкого навоза, включающая механическое разделение его на фракции, секционные карантинные хранилища жидкой фракции, земледельческие поля орошения (ЗПО) (рис. 1.5) [34].

Технологическая схема
1 – животноводческий комплекс; 2 – отделитель механических примесей; 3 – насосная станция; 4 – резервуар-усреднитель; 5 – перемешивающее устройство; 6 – земледельческие поля орошения; 7 – пруд-накопитель; 8 – секционное карантинное навозохранилище;

9 – виброгрохот; 10 – шнек-пресс; 11 – транспортер; 12 – площадка для хранения твердой фракции навоза; 13 – реагентная

Рисунок 1.5 – Технологическая схема переработки жидкого навоза на

свинокомплексе «Первомайский» Зерноградского района Ростовской области

При этом предусматривается возможно полное выделение взвешенных веществ из жидкой фракции, доведение содержания абсолютно сухого вещества в ней до 1% (с целью надежной работы дождевальных машин) и полученной твердой фракции с содержание абсолютно сухого вещества не менее 30%.

Разработанная система обработки жидкого навоза (см. рис. 1.5) включает в себя насосные станции, приемный резервуар-усреднитель с перемешивающим устройством, цех разделения навоза на фракции, промежуточное карантинное навозохранилище жидкой фракции, площадку для хранения твердой фракции, секционные биологические пруды, земледельческие поля орошения.

Технологический процесс переработки жидкого навоза осуществляется следующим образом. Насосной станцией навоз подается в приемный резервуар-усреднитель, где он тщательно перемешивается лопастными механическими мешалками. Перемешанная до однородного состояния жидкая навозная масса фекальным насосом ФГ-144/10,3 подается в цех для механического разделения.

В состав рабочей и резервной линий входят серийные машины – виброгрохот ГИЛ-42 и шнековый фильтр-пресс ВПНД-5. В процессе разделения жидкого навоза ежесуточно производится 8–10 т твердой фракции и 390–400 м3 жидкой фракции навоза. Твердую фракцию влажностью около 70% подают в транспортное средство и перемещают на площадку для хранения, где ее бульдозером формируют в бурты шириной до 4,5 м и высотой до 2,5 м. В буртах происходит биотермическое обеззараживание навозной массы.

Жидкую фракцию, полученную в процессе разделения навоза, по самотечному коллектору направляют в секционное карантинное хранилище, где ее выдерживают не менее 6 суток для выявления инфекции. Затем жидкую фракцию направляют на обеззараживание в биологические пруды. В процессе хранения (до 1 года) под воздействием микроорганизмов в жидкой фракции развиваются биологические процессы, при которых происходит ее дегельминтизация и естественное обеззараживание. Обеззараженную осветленную жидкость насосной станцией подают в распределительные колодцы каждого участка ЗПО, а затем направляют в распределительные трубопроводы для полива.

Внедрение данной технологической линии обработки жидкого навоза целесообразно при выходе навоза не менее 100 м3/сут. и его влажности не ниже 94%. Эти условия характерны для ферм и комплексов с гидравлической системой уборки навоза в помещениях производственной мощностью не менее 6 тыс. свиней на откорме в год, 5 тыс. голов КРС на откорме и 1200 коров.

Исходя из физико-механических свойств жидкого навоза, во ВНИПТИМЭСХ совместно с АЧГАА было разработано несколько вариантов компактных установок для его разделения на фракции и успешно внедрено в
хозяйствах ЮФО.

Для крупных свиноводческих ферм (до 24 тыс. гол.) были усовершенствованы средства для разделения навоза на фракции с использованием
недорогих и эффективно работающих дуговых сит (рис. 1.6).

фигура 1
1 – приемная камера, 2 – жидкий навоз, 3 – наклонная фильтровальная перегородка,

4 – днище, 5 – боковина, 6 – емкость для жидкой фракции, 7 – отверстие для выхода

жидкой фракции, 8 – привод дожимного устройства, 9 – дожимное устройство,

10 – отжимные валики, 11 – скребок, 12 – выравниватель потока

 

Рисунок 1.6 – Схема дугового сита конструкции ВНИПТИМЭСХ-АЧГАА

Дуговое сито содержит подводящую трубу, связанную с приемной камерой, на выходе которой установлена наклонная фильтрующая перегородка с днищем и боковинами и размещенными под ними сборником жидкой фракции и приемником твердой фракции. В нижней части фильтровальной перегородки расположены отжимные валики со скребковым сбрасывателем. Для повышения эксплуатационной надежности установка снабжена выравнивателем потока установленного горизонтально на выходе приемной камеры вала с лопастями, закрепленными на валу радиально по винтовой линии и работающего по принципу сенгерова колеса.

Работает дуговое сито следующим образом. Гомогенезированный жидкий навоз подается в приемную камеру и распределяется потоком по ширине фильтровальной перегородки. Сходя по наклонной перфорированной поверхности под действием сил гравитации жидкая фракция поступает в подрешетное пространство в емкость и далее отводится по трубопроводу. Твердый осадок по наклонной поверхности подается в зону отжима, где под воздействием двух отжимных валиков дополнительно отделяется часть свободной влаги, поступая в подрешетное пространство. Твердая фракция скребком выгружается из зоны отжима.

Преимуществом установки является простота конструкции, низкая энергоемкость процесса, высокая производительность. Технологические параметры установки представлены в таблице 1.3

Таблица 1.3 – Технологические параметры дугового сита конструкции

ВНИПТИМЭСХ

Наименование показателей Величина
Тип установки стационарная
Привод дожимного устройства от электродвигателя
Количество дожимных валиков, шт. 2
Диаметр валика, мм 100
Производительность дугового сита, м3

при исходной влажности навоза 92,8–95,0 %

50,5–70,0
Влажность жидкой фракции, % 97,8–98,6
Влажность твердой фракции, % 80,2–76,5
Рабочая ширина сита, м 1,2
Длина участка обезвоживания, м 1,8
Угол наклона сита, град. 48–52

Общий вид дуговых сит в технологической линии представлен на рисунке 1.7.

Фото2
Рисунок 1.7 – Общий вид дуговых сит в технологической линии

для разделения жидкого навоза на фракции

Для малых свиноводческих ферм (до 12000 голов в год) учеными ВНИПТИМЭСХ и АЧГАА была разработана, внедрена и рекомендована для зонального применения установка для локальной обработки жидкого навоза (щеточный шнек).

Установка для локальной обработки жидкого навоза (рис. 1.8) включает в себя винтовой конвейер, установленный в перфорированном желобе
U-ной формы, эластичные щетки для регенерации фильтровальной перегородки, поддон для сбора жидкой фракции, привод.

Работает установка следующим образом. Жидкий навоз подается в установку по трубопроводу в нижнюю ее часть. Перемещаясь под воздействием винтовой поверхности шнека, жидкий навоз обезвоживается под действием гравитационных и инерционных сил. Выделяемая жидкая фракция через отверстия перфорированного кожуха стекает в поддон и отводится на последующую переработку и использование. Твердая фракция перемещается шнеком к выгрузному окну и подается на дальнейшую переработку. Постоянная регенерация фильтровальной перегородки от закупорки ее твердыми частицами навоза обеспечивается эластичными скребками, закрепленными по периферии витков шнека.

word image 195 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур
1 – перфорированный желоб, 2 – загрузочное окно, 3 – крышка, 4 – щетки,

5 – шнековый транспортер, 6, 8 – выгрузные окна, 7 – сборник фильтрата

Рисунок 1.8 – Схема установки для локальной обработки жидкого навоза

Технико-эксплуатационные показатели установки представлены в таблице 1.4.

Объемный расход установки (производительность) зависит от консистенции исходного жидкого навоза и составляет от 26,8 до 42,9 м3/ч.

Таблица 1.4 – Технико-эксплуатационные показатели установки

для локальной обработки жидкого навоза

Наименование Значение
Тип стационарный
Привод от электродвигателя
Производительность, м3/ч при Wисх =94,6–97,8% 26,8–42,9
Влажность жидкой фракции, % 97,8–98,6
Влажность твердой фракции, % 74,3–80,2
Частота вращения винта шнека, мин-1 60–80
Угол наклона шнека, град 15–30
Длина рабочего участка шнека, м 4,0
Перфорированная перегородка полотно решетное ГОСТ 214-77 (диаметр отверстий 2 мм)
Мощность на привод установки, кВт 0,74–0,94

По результатам государственных испытаний на Северо-Кавказской МИС установка рекомендована для зонального применения [35].

На сегодняшний день на рынке представлены несколько конструкций технологического оборудования для разделения жидких животноводческих стоков на фракции: вибро-сита; процеживатели; фильтр-прессы и шнековый пресс-сепаратор кампании «Биокомплекс».

В таблице 1.5 приведены результаты сравнения измерений параметров отделения твердых составляющих из жидких стоков и других параметров для каждого оборудования. Концентрация твердых составляющих в исходных стоках 5%.

Таблица 1.5 – Сравнение оборудования для отделения твердой фракции

из стоков

Шнековый пресс-сепаратор Фильтр-пресс Процежи-ватель Вибро-сита
Содержание сухих веществ в твердой фракции 35–50% 20–30% 9–15% 7–10%
Содержание сухих веществ в жидкой фракции 1,2–1,7% 2–3% 2–4% 3–4%
Отделение азота, фосфора, калия 35–95% 15–50% 10–35 % 5–30%
Наличие яиц гельминтов Нет Есть Есть Есть
Потребление электрической энергии 4–7,5 кВт/ч 25–60 кВт/ч 7,5–15,0 Вт/ч 15–30 кВт/ч
Сложность эксплуатации Низкая Высокая Низкая Высокая
Производительность 10–80 м3 4–150 м3 10–50 м3 3–10 м3
Стоимость 30–70 тыс.евро от 120 тыс.евро 10–25 тыс.евро 20–50 тыс.евро

Из таблицы 1.5 видно, что шнековый пресс-сепаратор стоков – это лучшая из доступных сегодня технологий для выполнения задачи по разделению жидких животноводческих стоков на фракции. Удаление твёрдых частиц из жидких животноводческих стоков позволит минимизировать вредное влияние на окружающую среду.

Остальное оборудование для обезвоживания жидкого навоза менее
эффективно по разным причинам: низкое качество отжатого материала,
высокие требования по влажности для входной жидкости, сложность обслуживания и монтажа, высокая стоимость. В частности, большинство сепараторов работает по принципу отфильтровывания жидкости, вытекающей под действием силы тяжести через сито. Такие сепараторы требуют трудоемкой очистки и производят мокрый материал. Модели сепараторов с вальцовым прессом более дороги в обслуживании и не дают существенного улучшения в осушении материала.

Недостатками пресс-сепаратора являются относительно высокая стоимость (до 70 тыс. евро) и высокая потребляемая мощность (5,5 кВт/ч).

1.2 Синтез систем подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в качестве органического удобрения для орошения пастбищ  и удобрения полей для выращивания кормовых культур с учетом требований охраны окружающей среды

Проведенный анализ показал, что существующие системы подготовки стоков для орошения пастбищ и навоза для удобрения полей не удовлетворяют сельхозтоваропроизводителей по причинам отсутствия эффективных технологий и технических средств для их реализации.

Синтез рассматриваемых систем показал следующее.

На рисунке 1.9 представлена схема системы замкнутого цикла производства продукции на свинотоварных фермах.

Сущность замкнутого цикла функционирования фермы заключается в том, что поголовье животных обеспечено жизненно необходимыми опциями – кормами и поением, производимыми на собственной базе, что обеспечивается безотходным производством, гарантирующим экологическую безопасность и экономическую стабильность предприятия.

Из рисунка 1.9 видно, что количество производимой продукции свинотоварной ферме (СТФ) зависит от поголовья животных. Основным продуктом является мясо, для стабильного производства которого должны эффективно функционировать технологические процессы, связанные, в первую очередь, с созданием микроклимата, кормлением, поением и уборкой навоза.

Системы микроклимата животных и их поения достаточно отработаны и выбираются в зависимости от поголовья животных и объемов помещений, где они находятся [13–19].

word image 196 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 1.9 – Система замкнутого цикла производства продукции

на свинотоварных фермах с использованием биотехнологии

подготовки навоза для орошения полей при производстве кормовых культур

Важным фактором, влияющим на рентабельность производства продукции животноводства, является наличие кормовой базы. Использование собственной кормовой базы в системе замкнутого цикла производства продукции животноводства позволяет не только повысить рентабельность, но и улучшить экологическую обстановку в местах нахождения животноводческого предприятия и сохранить почвенное плодородие земель сельскохозяйственного назначения (рис. 1.10).

word image 197 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 1.10 – Схема замкнутого цикла функционирования животноводческого предприятия с использованием собственной кормовой базы

На рисунках 1.11 и 1.12 показаны системы замкнутого цикла производства продукции ферм КРС и овцетоварных ферм. Основные принципы функционирования данных систем аналогичным системам, представленным на рисунках 1.9 и 1.10.

В системе замкнутого цикла функционирования животноводческого предприятия важной задачей является разработка ускоренной биотехнологии подготовки стоков и навоза в качестве органических удобрений для выращивания и производства кормовых культур. Особенно это актуально для переработки жидкого навоза и навозных стоков.

В Российской Федерации и за рубежом ведутся научные исследования по разработки и внедрению биотехнологий утилизации отходов сельского хозяйства.

Производимый на фермах твердый, полужидкий и жидкий навоз подлежит переработке (см. рис. 1.9, 1.11).

Технологии переработки навоза путем обезвоживания и дальнейшей стерилизации, по мнению некоторых специалистов, весьма энергоемки. Термическая обработка жидкой или твердой фракции высокими температурами приводит к потерям элементов питания для растений. К тому же основными требованиями к технологиям переработки отходов животноводства и получения из них органических удобрений являются сохранение их биологической активности и максимальное содержание соединений азота, фосфора и других элементов.

word image 198 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 1.11 – Система замкнутого цикла производства продукции

ферм КРС с использованием биотехнологии подготовки стоков и навоза

для орошения и удобрения пастбищ

Одним из возможных способов утилизации отходов животноводства является биологическая переработка с использованием микро- и макроорганизмов, позволяющая быстро и эффективно перерабатывать значительное количество навоза и помета.

word image 199 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 1.12 – Система замкнутого цикла производства продукции

на овцетоварных фермах с использованием биотехнологии

подготовки навоза для орошения и удобрения пастбищ

Перспективным способом биологической утилизации отходов животноводства является культивирование на них микроорганизмов. Для ферментации навоза используют главным образом мицелиальные грибы (твердофазное культивирование), а на навозных стоках осуществляют глубинное культивирование бактерий, дрожжей и грибов. Выращивание бактериальных культур на отходах животноводческих комплексов не получило широкого распространения из-за ограниченного применения бактерий на кормовые нужды.

Существует широкий круг микроорганизмов, способных потреблять вторичные продукты сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности с образованием микробной биомассы. Самыми перспективными являются быстрорастущие микроорганизмы, способные усваивать не гидролизованные сельскохозяйственные отходы. В наибольшей степени этим требованиям соответствуют мицелиальные грибы и дрожжи. Известно, что концентрированные стоки являются, по существу, готовой питательной средой для этих микроорганизмов, так как содержат все необходимые компоненты, включая витамины и микроэлементы [36]. Кроме того, рациональное использование животноводческих стоков позволяет получить дополнительный урожай, в денежном выражении оценивающийся эквивалентно использованию 650 тыс. т азотных, 300 тыс. т фосфорных и 600 тыс. т калийных удобрений на всей пашне Российской Федерации.

В целом же наилучшим способом удаления отходов по экономическим и экологическим соображениям является их использование в качестве вторичного сырья. Указанные выше способы биоконверсии отходов могут дать, иногда неожиданно, весьма существенный результат с благоприятными последствиями для развития биотехнологии и энергетики. К сожалению, большинство из них реализуется очень плохо.

Разработаны технологии утилизации отходов сельского хозяйства в специальных установках: биореакторах, биоферментерах (биоферментаторах), модулях, метантенках и т.д. В них, как правило, микробиологическая трансформация отходов осуществляется за счет аэробно-анаэробных процессов. Биотехнологии имеют существенные преимущества перед компостированием за счет снижения потерь питательных веществ в перерабатываемом исходном сырье, значительного повышения экологической чистоты конечных (вторичных) продуктов и сокращения времени переработки сырья.

Управление процессом биоферментации отходов позволяет интенсифицировать минерализацию исходного субстрата, активизировать биосинтез новых соединений и улучшить питательные свойства конечных целевых продуктов. «Сгорание» органической массы можно регулировать физическими, химическими и биологическими воздействиями. В последнем случае активизируются микроорганизмы исходного субстрата или внесенные смешанные микробоценозы, а их ферментные системы преобразуют субстрат в необходимом направлении, ускоряя процессы распада органического материала и микробного синтеза. Получаются продукты заданного качества.

Получение водорода микробиологическим путем – биотехнологическое решение XXI века. Водород является идеальным химическим носителем энергии. Сжигание его при высоких температурах дает большое количество полезной энергии с высоким КПД.

Производство биогаза в процессе метанового брожения широко распространено в мире. За счет конверсии отходов системой метаногенеза может быть получено условное топливо, измеряемое миллиардами тонн. Оставшую-ся в результате метановой ферментации биомассу можно использовать как удобрение [7].

Технология получения молочной кислоты разрабатывается в Санкт-Петербургском государственном университете. Используются нетрадиционные источники углерода или отходы и побочные продукты пищевой и перерабатывающей промышленности и сельского хозяйства. Эффективные штам-мы бактерий рубца животного ферментируют различные крахмалсодержащие субстраты с выходом молочной кислоты [36–38].

Продукты вермикультивирования. В животноводстве биомасса червей – эффективный корм для кур, уток, индеек, морской и пресноводной рыбы. Она содержит 60–80% протеина, 9% липидов и 7–16% азотистых веществ. Высокое содержание сбалансированных аминокислот, в том числе и незаменимых, провитаминов D, водорастворимых витаминов свидетельствует о том, что биомасса червей является ценной кормовой добавкой. Черви пригодны для скармливания свиньям, бычкам в сыром и вареном виде. Биомассу красного червя можно использовать в виде пасты для кормления аквариумных рыб. Обезвоженная биомасса червей также представляет собой весьма ценный материал, полезные минеральные вещества. В их состав входят макро- и микроэлементы [5–9].

Для переработки свиных стоков специалистами ООО «НТЦ БИО» проведена многолетняя работа по исследованию и подбору штаммов микро-организмов с высокой антагонистической, ферментативной и деструктивной активностью, в наибольшей степени обеспечивающих снижение содержания вредных веществ в стоках.

В результате комплексных микробиологических, биохимических и биотехнологических исследований ученые ООО «НТЦ БИО» совместно со специалистами научных и производственных организаций страны разработали и организовали производство биопрепарата «Санвит К» для биотрансформации животноводческих стоков.

Полученные результаты в свиноводческих хозяйствах показали, что применение препарата позволяет достичь снижения уровня концентрации аммиака в воздухе производственных помещений свиноводческих комплек-сов на 25–70%, снижения уровня содержания сероводорода на 23–50%, повышения содержания общего азота в свиноводческих стоках в 1,2–2,5 раза. При этом отмечается позитивное влияние на животных (удалось получить увеличение среднесуточного привеса поросят на 4,2–12,0%), создаются более комфортные условия для обслуживающего персонала.

Особого внимания производственников заслуживает весьма редкий факт: затраты на решение экологических проблем окупаются за счет увеличения привесов и повышения сохранности животных благодаря созданию более комфортной среды в помещениях для их содержания.

Перспективным направлением в почвоведении можно считать появле-ние нового вида удобрений – суперудобрений, автором которого является кандидат биологических наук П.И.Короленко (г. Ростов-на-Дону). Супер-удобрение (СУ) обладает уникальными свойствами: повышает плодородие почвы; урожайность сельскохозяйственных культур; позволяет получить экологически чистую продукцию, обладает почвообразующим эффектом.

В 1995–2005 гг. разработана принципиально новая система ключевых агроэкотехнологий оперативного управления естественными процессами почвообразования и потенциальным плодородием почв [5–9].

Комплексные минеральные удобрения, как пра­вило, эффективны только в прямом действии, т.е. для получения высоких урожаев необходимо ежегодно использовать минеральные удобрения. Из со­ображения экономии эти удобрения используются неочищенными. Например, в суперфосфатах содержатся около 20 токсичных микроэлементов. В частности, особо токсичные: кадмий до 180 мг/кг, свинец до мг/кг и ртуть до 0,12 мг/кг. Небольших концентраций достигает фтор: 8500–15500 мг/кг. Рядковое внесение этих минеральных удобрений вызывает локальный рост токсичных элементов, в десятки раз превышает нормативные значения их ПДК. На таком токсичном фоне получить чистую продукцию принципиально невозможно. Массированное ежегодное внесение минеральных удобрений создает другую проблему накопления нитратов в овощных и кормовых культурах, выросших на сверхудобренных почвах. Содержание нитратов в продуктах питания может в несколько раз превышать ПДК. Согласно специальным исследованиям нитраты в кишечном тракте превращаются в нитриты, которые в свою очередь, трансформируются в нитрозамид – сильные канцерогенные соединения.

Следует отметить, что серьезным фактором техногенного характера является крайне неблагоприятная экологическая обстановка не только в сфере водопользования, но и на орошаемых поля. Учеными Б.Б. Шумаковым, Д.П. Гостищевым, Е.В. Кузнецовым и другими определены объемы стоков животноводческих предприятий и площади полей для их утилизации (табл. 1.6) [39–41].

Из таблицы 1.6 видно, что наибольшие земельные площади требуются для утилизации навозных стоков от свиноводческих комплексов (от 2600 до 3400 га для 108000 голов).

На основании проведенного синтеза систем подготовки стоков и навоза в качестве органических удобрений определены основные подходы к их реализации.

Таблица 1.6 – Площади утилизации навозных стоков на сельскохозяйственных

угодьях

Направление деятельности

и мощность животноводческих предприятий

Площади полей по

почвенно-климатическим зонам, га

лесо-луговая лесо-степная степная
По производству молока, гол.:

800

1200

2000

200

300

500

175

260

440

140

220

360

По выращиванию и откорму КРУ, гол.:

5000

10000

20000

500

1000

2000

460

930

1850

370

750

1500

По выращиванию нетелей, гол.:

3000

6000

520

1050

470

940

380

770

По выращиванию и откорму свиней, гол.:

12000

24000

54000

108000

360

720

1690

3400

330

660

1460

2900

280

560

1300

2600

Для жидких стоков требуется наличие оросительных систем и автономных (машинных) систем орошения пастбищ.

Для полужидкого и твердого навоза требуется наличие технологий производства концентрированных органических удобрений (КОУ) и технических средств для их реализации. При этом механизмы реализации должны учитывать природную, экологическую, экономическую и технологическую среды. Результатом должно быть достижение синергетического эффекта при функционировании оросительных и других систем в условиях дефицита водных ресурсов.

Выводы по главе

1. Проведенный анализ систем подготовки стоков и навоза для орошения пастбищ и удобрения полей при выращивании кормовых культур показал, что существующие технологии и технические средства не обеспечивают требуемые качественные и экологические показатели их применения на землях сельскохозяйственного назначения.

2. Для орошения пастбищ требуется разработка систем использования биотехнологии с применением мобильных и стационарных установок для смешивания навозных стоков (жидкого навоза) и биологически активных добавок (БАД) с их последующим внесением на поля.

3. Удобрение полей при выращивании кормовых культур целесообразно производить с использованием концентрированных органических удобрений на основе полужидкого и подстилочного навоза.

4. Требуется разработка новых биотехнологических и технических решений по переработке навозных стоков и навоза животноводческих предприятий с получением высококачественных органических удобрений с учетом природной, экологической, экономической и технологической среды.

2 Методологические основы экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства

Под методологией формирования экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства, по нашему мнению, стоит понимать совокупность методов, разработанных на их основе моделей и средств их реализации с выделением основных принципов организации, критериев экономической эффективности, задач управления, нацеленных на выбор оптимальных управляющих воздействий и разработку прогнозных сценариев развития технологических процессов.

Таким образом, из предлагаемой нами трактовки следует конкретизировать этапы реализации методологии формирования экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства: моделирование, анализ и оценка, оптимизация, выбор оптимального управления, принятие оптимальных управленческих решений, прогнозирование (рис.2.1) [8].

Основная задача логической последовательности разработки методологических основ формирования экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства состоит в изучении средств, приемов, методов, выборе оптимального из них для получения нового знания в виде прогнозных вариантов развития. Как правило, выделяют совокупность средств, принципов и методов исследований, положительно зарекомендовавших себя в практическом использовании.

word image 200 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 2.1 – Логическая последовательность методологии формирования экономического механизма управления технологическими процессами

орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

с получением экологически чистой продукции в системе органического

сельского хозяйства

Указанные этапы комплектования методологии формирования экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства играют важную роль наряду с субъектом и объектом исследований. Эффективность разработки и применения методологических основ экономического меха-низма управления технологическими процессами зависит от того, кто дейст-
вует – субъекта исследования, на что воздействует – объекта исследования,
а также какими способами, приемами, методами осуществляется указанное воздействие и в какой форме будет получено новое знание.

В рамках методологии формирования экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства разработаны (рис. 2.2):

– экономико-математическая модель биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения;

– информационно-аналитическая система поддержки принятия решений (ИАСППР) оптимизации технологий производства органических удобрений (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2015612873 Российская Федерация; правообладатель ФГБОУ ВПО АЧГАА – № 2014-663910; заявл. 29.12.2014; зарегистр. 26.02.2015) [42].

Формирование методологии экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства сводится к выбору биотехнологий производства органических удобрений. На основе расчетной информации аналитического плана производится выбор перспективных для объекта исследования биотехнологии и биотехнологических процессов производства органических удобрений по критерию минимизации эксплуатационных затрат и максимизации прибыли от применения органических удобрений.

В качестве инструментария данного направления методологии управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства разработана ИАСППР оптимизации технологий производства органических удобрений (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2015612873 Российская Федерация; правообладатель ФГБОУ ВПО АЧГАА – № 2014-663910; заявл. 29.12.2014; зарегистр. 26.02.2015) (см. рис. 2.2).

word image 201 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 2.2 – Структура элементов разработки методологии экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства

Принцип функционирования экономико-математической модели биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в
органические удобрения определен в рамках взаимозаменяемости и взаимодополняемости биотехнологических процессов, что указывает на возможность реализации нескольких процессов при формировании модели. Данные биотехнологические процессы могут, в зависимости от сроков их осуществления, их оснащения, выступать и как конкурирующие, и как дополняющие друг друга, в случае их параллельной реализации [43].

Принцип замкнутого цикла управления биотехнологическими процес-сами подготовки стоков и навоза в органические удобрения свидетельствует о тесном взаимодействии основных отраслей аграрного сектора – животноводства и растениеводства на разных уровнях. Стоки и навоз, являясь побочными продуктами животноводства, одновременно выступают сырьем для производства органических удобрений. Орошение стоками пастбищ, использование органических удобрений при производстве кормовых культур, позволяют получать экологически чистые корма, повысить урожайность кормовых культур. Таким образом, продукция растениеводства является необходимым условием для поддержания жизнедеятельности животных.

Задачами управления данного направления разработки методологии являются: выравнивание уровня органообеспеченности сельскохозяйствен-ных площадей с целью повышения и восстановления почвенного плодородия, что в свою очередь связано с повышением рентабельности возделывания кормовых культур, ростом рентабельности растениеводства и животноводства. Также к задачам направления следует отнести экологически безопасную утилизацию стоков и навоза, что в свою очередь ведет к повышению уровня рентабельности животноводства, так как предотвращает штрафные санкции за загрязнение окружающей среды, а также возможность применения внутрихозяйственных расчетов при передаче органических отходов от одного структурного подразделения организации к другому.

Оптимизация машинно-тракторного парка объекта исследования для реализации биотехнологических процессов подготовки стоков и навоза в органические удобрения является еще одной задачей разработки методологии. Выбор ресурсосберегающих биотехнологических процессов подготовки стоков и навоза в органические удобрения способствует экологически безопасной утилизации стоков и навоза, что с одной стороны, ведет к росту рентабельности отрасли животноводства, с другой стороны, использование органических удобрений способствует повышению рентабельности отрасли растениевод-ства [44].

Взаимодействие в реализации рассмотренных выше элементов позволило сформировать экономический механизм управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства, в состав которого вошли различного уровня элементы (рис. 2.3). На основе теоретических положений об организационно-экономических аспектах управления, о биотехнологических процессах в аграрном секторе экономики и ресурсосбережении разрабатывается модель биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения, использование которой способствует повышению эффективности организационно-экономического управления биотехнологическими процессами подготовки стоков и навоза, а также предлагается средство реализации моделей. Эколого-экономическая эффективность предлагаемой модели и средства ее реализации обосновы-вается комплексом разработанных критериев и показателей [45].

Каждый элемент экономического механизма управления технологи-ческими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства оценивается одним или несколькими критериями и показателями, которые для обоснования эффективности разработанного экономического механизма сгруппированы в матрицу систематизации интегральной оценки (табл. 2.1).

word image 202 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 2.3 –Экономический механизм управления технологическими

процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

с получением экологически чистой продукции в системе органического

сельского хозяйства

Таблица 2.1 – Матрица систематизации интегральной оценки экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой

продукции в системе органического сельского хозяйства

Оценочные

показатели

Уровень реализации экономического механизма

управления технологическими процессами

макроуровень микроуровень
Факторные

(определяющие

перспективы развития технологических процессов)

– ценовой диспаритет на продукцию промышленно-сти и сельского хозяйства;

– колебания цен на мине- ральные удобрения

– доля переработки объема

собственных органических отходов (стоков и навоза);

– степень обеспеченности инфраструктурой для производства органических удобрений

Результирующие

(определяющие

фактическое

состояние технологических процессов)

– затраты на транспортировку и переработку сырья, транспортировку органических удобрений min;

– уровень органообеспе-ченности сельскохозяйственных площадей max;

– валовой сбор кормовых культур;

– недополученный валовой сбор кормовых культур

– затраты на реализацию технологических процессов производства ОУmin;

– доход от реализации ОУmax;

– чистый дополнительный доход от использования удобрений max;

– урожайность кормовых культур;

– себестоимость возделывания кормовых культур

Показатели оценки экономического механизма делятся по уровням его реализации (макро- и микро-) на факторные и результирующие. Макро-уровень предусматривает реализацию экономического механизма в рамках региона базирования сельскохозяйственных организаций. Микроуровень – это уровень управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур в рамках хозяйствующего субъекта.

Факторные оценочные показатели позволяют обосновать перспективы развития технологических процессов орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства. На микроуровне (уровне функционирования хозяйствующего субъекта) к факторным оценочным показателям относят долю переработки объема собственных органических отходов (стоков и навоза) предприятия и степень обеспеченности производственной инфраструктурой технологических процессов переработки. Таким образом, данный оценочный блок показателей характеризует наличие ресурсно-сырье-вой базы стоков и навоза для подготовки в органические удобрения и обеспеченность хозяйствующего субъекта биотехнологиями, техническими средствами и другими ресурсами для реализации технологических процессов орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяй-ства.

На макроуровне уровне (уровне функционирования совокупности сельскохозяйственных организаций в рамках региона базирования) в качестве факторных показателей предлагается рассматривать ценовой диспаритет на продукцию промышленности и сельского хозяйства и колебания цен на минеральные удобрения. Указанные показатели отражают состояние отраслевых рынков, динамику цен на сырье и готовую продукцию и являются значимыми при формировании себестоимости сельскохозяйственных культур, в том числе кормовых.

Важно отметить, что факторные оценочные показатели двух уровней рекомендуется рассматривать во взаимосвязи и взаимозависимости. Значительная доля переработки собственных органических отходов при полной инфраструктурной обеспеченности технологических процессов, с одной стороны, позволяет сельскохозяйственным предприятиям полностью обеспечивать свои потребности в органических удобрениях, с другой стороны, замещать часть минеральных органическими удобрениями, что сокращает зависимость организации от колебания цен на минеральные удобрения, и ввиду снижения себестоимости продукции ослабевает ценовой диспаритет на продукцию промышленности и сельского хозяйства.

Результирующие оценочные показатели характеризуют фактическое состояние технологических процессов орошения и удобрения пастбищ и
полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции
в системе органического сельского хозяйства и являются расчетными данными. На микроуровне к показателям данной группы относятся:

  • затраты на реализацию биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в качестве органических удобрений – это целевая функция экономико-математической модели биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в качестве органических удобрений, которая стремится к своей минимальной отметке;
  • доход от реализации органических удобрений – целевая функция экономико-математической модели биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в качестве органических удобрений, которая стремиться к максимальной величине;
  • чистый дополнительный доход от использования удобрений, который также принимает максимальные значения.

Также к результирующим оценочным показателям тактического уровня относят урожайность кормовых культур, которая при применении органических удобрений, как одного из факторов ее роста, повышается, и себестоимость возделывания кормовых культур, которая на фоне замещения органическими части минеральных удобрений, сокращается.

Результирующие показатели макроуровня характеризуют эффективность применения экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства при реализации их во взаимодействии сельскохозяйственных организаций. К ним относятся затраты на транспортировку и переработку стоков и навоза, транспортировку органических удобрений, которые при определении стремятся к минимальному значению.

К результирующим показателям макроуровня относится уровень органообеспеченности, характеризующий количество органических удобрений, вносимых в почву при заданной дозе внесения. Валовой сбор и недополученный валовой сбор кормовых культур, как результирующие оценочные показатели, являются одним из результатов оценки разработки системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур в замкнутом цикле производства продукции животноводства. Валовой сбор кормовых культур отражает эффективность технологических процессов на фоне роста урожайности культур ввиду применения органических удобрений. Недополученный валовой сбор кормовых культур определяется как разность между валовым сбором при уровне органообеспеченности, равном 1,0 (100%) (то есть когда потребности в органических удобрениях полностью удовлетворены и площадь возделывания полностью удобрена), и действительном уровне органообеспеченности.

Разработанные и конкретизированные теоретические положения, экономико-математическая модель, система критериев и показателей эффективности, а также система управления трансфером биотехнологических процессов аграрного сектора экономики и рекомендации по разработке системы
качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур в замкнутом цикле производства продукции животноводства содержат элементы научной новизны и генерируются в единую парадигму экономических аспектов управления технологическими процессам аграрного сектора экономики.

Реализация предложенного направления на макро- и микроуровнях экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства заключается в следующем.

Макроуровень экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства предусматривает их реализацию во взаимодействии совокупности сельскохозяйственных предприятий. Реализация технологических процессов и биотехнологий производства органических удобрений предусматривает принятие управленческих решений по повышению уровня органообеспеченности, оснащению техническими средствами и другими ресурсами, транспортировке органических отходов (стоков и навоза) для переработки и готовых органических удобрений. Целесообразно указанные управленческие решения принимать в рамках осуществления интеграционных процессов объединения сельскохозяйственных организаций для формирования развитой инфраструктуры производства и обеспечения предприятий органическими удобрениями. В соответствующую инфраструктуру войдут:

  1. Сельскохозяйственные организации животноводческой и (или) смешанной специализации – поставщики сырья (стоки, навоз) для переработки.
  2. Пункты переработки органики (ППО) – сельскохозяйственные организации растениеводческой, животноводческой или смешанной специализации, в которой устанавливаются производственные мощности по подготовке стоков и навоза в органические удобрения. Целесообразно в роли ППО
    выступать сельскохозяйственным организациям животноводческой специализации, которые имеют большие объемы стоков и навоза, либо растениеводческим организациям, имеющим потребности в органических удобрениях, либо сельхозорганизациям, которые территориально расположены в непосредственной близости к поставщикам сырья для переработки.

Важна роль при реализации макроуровня экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства государственных органов власти и, в первую очередь, в плане обеспечения нормативно-правовыми и методическими документами.

Органы местного самоуправления должны быть заинтересованы в
устойчивом развитии муниципальных образований, в том числе за счет
повышения экономической, экологической, управленческой, социальной
эффективности управления технологическими процессами производства и применения органических удобрений, что отражено в формировании и реализации муниципальных программ развития сельского хозяйства и в частности, в программах экономической направленности по поддержке местных сельскохозяйственных предприятий, обеспечивающих рециклинг органических отходов производства отраслей аграрного сектора.

Органы управления субъектов Федерации должны принимать самое активное участие в создании гибких региональных организационных структур, в том числе интеграционных структур с выделением ППО, способствующих оптимальному сырьевому, материальному и финансовому обеспечению
технологических процессов орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства, а также способствовать устойчивому развитию аграрного сектора региона, ориентированного на максимальную переработку, в рамках политики ресурсосбережения, собственных сырьевых источников и улучшения экологической обстановки.

Органы управления федерального уровня в реализации стратегических аспектов технологических процессов орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства должны обеспечить разработку и реализацию федеральных целевых программ, в том числе модельных норма-тивно-правовых актов и методических документов, которые обосновывают, разъясняют необходимость и основные моменты в реализации полного
рециклинга органических отходов производства аграрного сектора.

Таким образом, первостепенная задача органов власти всех уровней состоит в обеспечении сельскохозяйственных товаропроизводителей нормативно-правовой, методической базой для реализации эффективного управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства, нацеленного на устойчивое развитие и консолидацию соответствующих территорий.

Микроуровень реализации экономического механизма управления технологическими процессами состоит в обеспечении конкретно взятой сельскохозяйственной организации необходимым количеством минеральных и органических удобрений. Обеспечение минеральными удобрениями сельскохозяйственных организаций осуществляется через оптовые фирмы, где приобретается необходимое количество видов удобрений. В рамках обеспечения органическими удобрениями возможны следующие варианты.

При первом варианте сельскохозяйственная организация располагает животноводческой базой, накапливаются органические отходы для переработки, имеется возможность наладить собственное производство органических удобрений, тем самым получать дополнительный доход от реализации производимого удобрения в случае его профицита.

В данной ситуации следует использовать разработанную экономико-математическую модель биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в качестве органических удобрений.

Модель позволяет выбрать ресурсосберегающие эффективные для условий организации технологические процессы биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм, оснастить производство техническими средствами, и при этом с учетом критерия оптимальности – минимума приведенных затрат.

По второму варианту сельскохозяйственная организация не имеет возможности наладить производство органических удобрений ввиду отсутствия сырья, недостаточного его количества или по другим причинам. В данной ситуации целесообразнее приобретать готовые органические удобрения у производителей.

Реализация технологических процессов орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства на микроуровне управления позволяет сельскохозяйственной организации с учетом условий хозяйствования:

– обоснованно подойти к выбору ресурсосберегающей технологиибиотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в качестве органических удобрений;

– рационально использовать машинно-тракторный парк предприятия;

– оптимизировать дозы внесения удобрений;

– обосновать эффективность применения системы удобрений под конкретные культуры севооборота;

– спланировать на определенный период трудовые, материальные и денежные ресурсы предприятия.

Таким образом, методологию формирования экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства необходимо рассматривать как систему упорядоченных знаний, которая обеспечивает реализацию научно обоснованных подходов в вопросах ресурсосберегающей аграрной политики государства.

Выводы по главе

1. Конкретизированы этапы реализации методологии формирования экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства: моделирование, анализ и оценка, оптимизация, выбор оптимального управления, принятие оптимальных управленческих решений, прогнозиро-вание.

2. В рамках методологии формирования экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур с получением экологически чистой продукции в системе органического сельского хозяйства разработаны:

– экономико-математическая модель биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения;

– информационно-аналитическая система поддержки принятия решений (ИАСППР) оптимизации технологий производства высококачественных органических удобрений.

3. В основу реализации рассматриваемых технологических процессов положены принципы рационального выбора ресурсосберегающей технологии биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в качестве органических удобрений; эффективного использования машинно-тракторного парка предприятия, а также трудовых, материальных и денежных ресурсов.

3 РАЗРАБОТКА ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в качестве органических удобрений

3.1 Принципы построения экономико-математической модели технологических процессов подготовки навозных стоков и навоза животноводческих ферм в качестве органических удобрений с использованием биотехнологических решений

Реализация традиционных технологий переработки навозных стоков и навоза животноводческих ферм зачастую связана со строительством громоздких, малопроизводительных, дорогих и сложных в эксплуатации сооружений, требующих отторжения значительных земельных площадей [46–48].

Производимые машины и технологическое оборудование, как правило, энергоемки, не взаимоувязаны по производительности, имеют низкую эксплуатационную надежность, не обеспечивают качественное выполнение технологического процесса.

Таким образом, актуальной представляется задача биологизации технологических процессов и технологий подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения при удовлетворении потребностей сельскохозяйственных организации в требуемом количестве органического удобрения для повышения рентабельности возделывания кормовых культур в системе органического сельского хозяйства.

Методы решения задач оптимизации технологических процессов и технологий, вытекающие из классических методов математического анализа, настолько громоздки, что использование их затруднительно [49–59].

Применение экономико-математических методов позволяет решать такие сложные задачи, как обоснование и рациональный подбор технологий подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения [60–63].

Разработку элементов экономико-математической модели рационализации технологий подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в
органические удобрения следует реализовать с учетом биологизации растениеводства, как основы применения ресурсосберегающих, органических технологических процессов в аграрном секторе.

Экономико-математическая модель биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения содержит следующие элементы [64-68].

Обозначения множеств:

H видов (групп) животных;
N видов биотехнологий переработки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения;
M видов биотехнологических операций при переработке стоков и
навоза животноводческих ферм в органические удобрения;
F видов ресурсов (сырья и материалов), используемых при пере-работке стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения;
K видов агрегатов[1], применяемых при переработке стоков и навоза
в органические удобрения;
P видов трудовых ресурсов;
I видов, производимых органических удобрений.

Индексы:

h вид животных половозрастной группы;
n вид биотехнологии переработки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения;
m вид операции, выполняемой при реализации n-биотехнологии;
f вид материала, сырья, применяемого в n-биотехнологии пере-работки стоков и навоза в органические удобрения;
k вид агрегата, используемого в m-операции при n-биотехнологии;
p вид персонала по специальностям, занятого обслуживанием k-го агрегата;
i вид получаемых органических удобрений.

Система переменных экономико-математической модели:

количество стоков и навоза, перерабатываемое при выполнении m-операции при реализации n-биотехнологии, т;
xfn количество f-материала и сырья при применении

n-биотехнологии производства органических удобрений, т;

количество навоза (помета), поступающего от животных

h-половозрастной группы, т;

количество энергомашин в наличии, применяемых в k-агрегатах, шт.;
количество энергомашин k-агрегата, списываемых в текущем

периоде, шт.;

количество энергомашин, приобретаемых для формирования

k-агрегата, шт.;

количество энергомашинполучаемых в аренду/лизинг для формирования k- агрегата, шт.;
xkmn количество k-агрегатов, используемых в m-операции при реализации n-биотехнологии, шт.;
количество альтернативных k-агрегатов, используемых в

m-операции при реализации n-биотехнологии, шт.;

количество специальных машин, используемых в m-операции при реализации n-биотехнологии, шт.;
количество сельскохозяйственных машин k-агрегатов, используемых в m-операции при реализации n-биотехнологии, шт.;
количество сельскохозяйственных машин k-агрегатов, используемых в m-операции при реализации n-биотехнологии, шт.;
количество p-работников, обслуживающих k-агрегат, чел.;
xi требуемое количество органических удобрений вида i для внесения под кормовые культуры (внутрихозяйственное использование), т.

Система ограничений экономико-математической модели содержит следующие группы ограничений.

1. Группа ограничений по использованию техники при реализации
биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм
в органические удобрения.

1.1. Группа ограничений по выполнению заданных объемов работ по биотехнологической подготовке стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения:

, (3.1)
где: , производительность k вида агрегата и k вида альтернативного агрегата, соответственно, исполь-зуемых в m-операции при реализации n-биотех-нологии, т/час;
, продолжительность использования k- вида агрегата и k -вида альтернативного агрегата, соответственно, при реализации и m-операции n-биотехнологии, час;
ah количество животных h-половозрастной группы, гол.;
Vh суточный объем стоков и навозаот животного
h-половозрастной группы, т;
П продолжительность периода накопления стоков
и навоза животноводческих ферм, дн.

1.2. Группа ограничений по балансу энергомашин при биотехнологической подготовке стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения:

. (3.2)

1.3. Группа ограничений по приобретению энергомашин для биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения:

 

.

(3.3)

1.4. Группа ограничений по списанию энергомашин, выбывших в процессе биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения:

 

,

(3.4)
где: количество машин, выведенных из строя в течение календарного периода, шт.

1.5. Группа ограничений по приобретению энергомашин на условиях аренды, лизинга для биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения:

, (3.5)
где: предельно возможное количество машин, планируемых к приобретению на условиях аренды, лизинга, шт.

1.6. Группа ограничений по формированию агрегатов (альтернативных агрегатов) для биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения:

, (3.6)
. (3.7)

1.7. Группа ограничений по периоду использования агрегатов (альтернативных агрегатов), специальных машин, сельскохозяйственных машин (альтернативных с.-х. машин) для биотехнологической подготовки стоков и навоза:

, (3.8)
, (3.9)
, (3.10)
, (3.11)
, (3.12)
где: a коэффициент пропорциональности, указывающий интенсивность применения техники в течение срока использования;
СМ наличие специальных машин в сельскохозяйственной организации, шт.

1.8. Группа ограничений по количеству энергомашин в сельскохозяйственной организации:

, (3.13)
, (3.14)
где: ЭМ количество энергомашин, находящихся в распоряжении сельскохозяйственной организации, шт.;
ПЭМ количество энергомашин, планируемых к приобретению сельскохозяйственной организацией, шт.

2. Группа ограничений по использованию сырья и материалов при биотехнологической подготовке стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения.

2.1. Группа ограничений по поступлению исходного сырья (стоков,
навоза) с фермы сельскохозяйственной организации:

, (3.15)
где: объем исходного сырья (стоков, навоза) i-го вида, необходимого для биотехнологической подготовки, т.

2.1. Группа ограничений, реализующая условия по балансу сырья:

, (3.16)

2.2. Группа ограничений по использованию материалов при биотехнологической подготовке стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения:

, (3.17)
где: объем исходного сырья (стоков, навоза) i-го вида, перерабатываемый в ходе реализации m-операции n-биотехнологии, т;
норма f-материала при выполнении m-операции n-био-технологии переработки на заданный объем стоков и навоза, м3/т;
коэффициент, учитывающий сокращение объема стоков и навоза в ходе выполнения m-операции при реализации n-биотех-нологии.

3. Группа ограничений по использованию трудовых ресурсов при биотехнологической подготовке стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения.

, (3.18)
где: количество p-работников, обслуживающих процесс биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения, чел.

4. Группа ограничений по объему органических удобрений: количество стоков и навоза, перерабатываемого при биотехнологической подготовке должно обеспечивать получение заданного объема органических удобрений.

, (3.19)
где: количество циклов применения биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения в течение календарного периода, шт.

5. Группа ограничений по расчетной потребности в органических удобрениях возделываемых кормовых культур.

5.1. Количество получаемых органических удобрений должно полностью удовлетворять потребности растениеводства:

, (3.20)
где: количество органических удобрений, необходимых для внесения под возделываемые кормовые культуры в установ-ленные агросроки (в соответствии с результатами экономико-математической модели использования удобрений [68, 69], т.

Условия неотрицательности переменных экономико-математической модели: переменные всех групп неотрицательны.

В качестве критериев оптимальности использованы: показатель приведенных затрат и прибыль, получаемая сельскохозяйственной организацией от биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения.

Обобщенная математическая запись целевой функции по критерию приведенных затрат может быть представлена следующим образом:

, (3.21)
где: коэффициент целевой функции, отражающий текущие (приведенные) затраты по k виду агрегата, применяемой
в m-операции при реализации n-биотехнологии, руб.;
коэффициент целевой функции, отражающий текущие (приведенные) затраты по k виду альтернативного агрегата, применяемой в m-операции при реализации n-биотех-нологии, руб.;
коэффициент целевой функции, отражающий текущие (приведенные) затраты по специальным машинам, применяемым в m-операции при реализации n-биотехно-логии, руб.

Обобщенная математическая запись целевой функции по прибыли, получаемой сельскохозяйственной организацией от биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения представлена как положительная разность между доходом (выручкой), получаемым от реализации произведенных органических удобрений, и себестоимостью (затратами) производства:

, (3.22)
где: количество произведенных органических удобрений по
n-биотехнологии, т.е. объем производства по конечной технологической m-операции n-биотехнологии, т;
цена реализации полученных органических удобрений, руб./т;
цена закупки f-вида сырья для обеспечения производственного процесса по n-биотехнологии, руб./т;
коэффициент целевой функции, отражающий затраты по применению k-вида агрегата в m-операции при реализации

n-биотехнологии, руб.;

коэффициент целевой функции, отражающий затраты по применению k-вида альтернативного агрегата в m-операции при реализации n-биотехнологии, руб.;
коэффициент целевой функции, отражающий затраты по использованию специальных машин в m-операции при реализации n-биотехнологии, руб.

Апробация разработанной экономико-математической модели с увязкой блоков биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения производилась на примере конкретной сельскохозяйственной организации – СПК (колхоз) «КОЛОС» Матвеево-Курганского района Ростовской области. Численность КРС в СПК составляет 1300 голов, выход стоков и жидкого навоза равен 17447 т в год, объем производства жидких концентрированных органических удобрений составляет 10904 м3. При оптимизации экономико-математической модели с увязкой блоков биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения определили минимальную величину эксплуатационных затрат на реализацию биотехнологической подготовки стоков и навоза – 2949,52 тыс. руб. в год. При оптимизации модели по критерию максимума прибыли от использования жидких концентрированных органических удобрений получили величину равную 3918,14 тыс. руб. в год.

Внедрение биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения и применение произведенных жидких концентрированных органических удобрений при выращивании кормовых культур позволяет повысить рентабельность их производства до 69,86%. Рентабельность производства кормовых культур традиционным способом (с применением только минеральных удобрений) в СПК (колхоз) «КОЛОС» составляет 35,53%. Таким образом, при внедрении рекомендуемой биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения рентабельность выращивания кормовых культур повышается почти в 2 раза.

В стратегическом направлении развития сельскохозяйственных организаций разработанная экономико-математическая модель биотехноло-гической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения позволяет:

  • установить взаимодействие направлений животноводства и расте-ниеводства сельскохозяйственной организации при реализации балансовых ограничений модели в натуральных единицах измерения, а также ограничений по материально-денежным затратам, т.е. в стоимостном выражении;
  • учесть специализацию сельскохозяйственной организации в плане обеспечения возделываемых кормовых культур органическими удобрениями:

• если животноводческие отрасли хозяйства не полностью обеспечи-вают потребность растениеводства в органических удобрениях, пре-дусмотрена покупка навоза или готовых органических удобрений;

• если сельскохозяйственная организация производит избыточное
количество органических удобрений, предусмотрена возможность получения дополнительного дохода от его реализации;

  • укомплектовать машинно-тракторный парк (МТП) сельскохозяйст-венной организации для выполнения биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения при минимизации приведенных затрат. При этом предусмотрена возможность обновления парка машин, т.е. списание техники и пополнение парка новой техникой на условиях аренды, лизинга, приобретения;
  • учитывать при комплектации МТП возможные альтернативы применения энергомашин, сельскохозяйственных машин, сформированных агрегатов, а также специальных машин, что позволит эффективно использо-вать парк машин сельскохозяйственной организации при выполнении других работ за счет выравнивания нагрузки в течение календарного года;
  • анализировать потребность трудовых ресурсов, сырья и материалов при биотехнологической подготовке стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения;
  • учитывать единовременные денежные затраты (капитальные вложе-ния), необходимые для биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения.

Применение разработанной экономико-математической модели биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в
органические удобрения позволяет, исходя из практических условий хозяйствования, минимизировать приведенные затраты при обосновании биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения. На основе выбранного варианта биотехнологи-ческой подготовки стоков и навоза, определяется рациональный состав технических средств, обеспечивающих требуемую производительность ресурсосберегающей биотехнологии производства органических удобрений.

3.2. Информационно-аналитическая система поддержки принятия решений оптимизации технологий производства органических удобрений

Информационно-аналитическая система поддержки принятия решений (ИАСППР) оптимизации технологий производства органических удобрений спроектирована и разработана с целью, на основе расчета технико-экономических показателей, реализовать экономико-математическую модель биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения с учетом технологий возделывания кормовых культур и обеспечения техническими средствами.

На рисунке 3.1 представлена концептуальная схема, из которой видно, что на основе информации, содержащейся в базах данных, формируется экономико-математическая модель биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения, на ее основе разрабатывается проектная технологическая карта с перечнем процессов производства органических удобрений и их обеспечением (техникой, трудовыми ресурсами, материалом и сырьем).

Далее производится компиляция типовых технологических карт (технологических карт организации по возделыванию кормовых культур) и проектных технологических карт по производству органических удобрений.
В результате получается сводная технологическая карта, в которой представлен перечень операций, потребность в сельскохозяйственной технике, трудовых ресурсах, дополнительных материалах (семена, минеральные удобрения, α-добавка и др.), и в конечном счете определяется себестоимость продукции растениеводства при использовании технологии возделывания с применением органических удобрений, произведенных в организации.

В программе реализована возможность сравнения традиционной технологии производства органических удобрений (технологии, применяемой в сельхозорганизации) и ускоренной технологии (проектная технология, основанная на методе ускоренного компостирования с применением биологически активной добавки).

word image 203 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 3.1 – Концептуальная схема ИСАППР оптимизации технологий производства органических удобрений

Сравнение технологий производится в рамках реализации экономико-математической модели биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения. Решение модели является субоптимальным, что указывает на выбор технологии производства орга-нических удобрений по двум критериям – минимум приведенных затрат и
максимум прибыли. Важно отметить, что в программе предусмотрена возможность совместного использования традиционной и ускоренной технологии в различные периоды года.

Основными задачами реализации ИАСППР выступают:

  • разработка проектных технологических карт производства органи-ческих удобрений с определением себестоимости получаемого удобрения;
  • на основе типовых технологических карт по возделыванию кормо-вых культур и проектных карт по производству органических удобрений формируются сводные карты, где технологические процессы производства ОУ и возделывания кормовых культур представляются единой совокупностью технологических операций и тем самым позволяют отразить парк машин для реализации этих операций, временные интервалы использования машин, необходимые трудовые ресурсы, материалы, сырье и определить
    себестоимость кормовых культуры при использовании в технологии ОУ;
  • на основе сводных технологических карт и базы данных по разным видам техники, определить наличие машин для реализации технологических операций, в случае недостатка – выявить его.

Таким образом, на основе произведенных расчетов и сопоставлений требуемого и имеющегося в наличии машинно-тракторного парка сельхоз-организации, принимается управленческое решение – какую из анализируемых технологий производства органических выбрать, или же воспользоваться обеими технологиями, применяя их в разные временных интервалы года.

На рисунке 3.2 представлена структура ИАСППР оптимизации технологий производства органических удобрений.

Рабочее пространство программы делится на три области: «Банк данных», «Содержание проекта» и «Результаты расчета».

Банк данных содержит разделы – базы данных «Животные», «Культуры», «Сырье и материалы», «Трудовые материалы», «С.-х. машины», «Энергомашины», «Агрегаты», «Типовые технологические карты» (см. рис. 3.2).

word image 204 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 3.2 – Структура ИАСППР оптимизации технологий производства органических удобрений

В базе данных «Животные» содержится информация о виде животного, указывается половозрастная группа, к которой животное принадлежит, численность поголовья, технология содержания, тип получаемого от животного навоза, указывается продолжительность стойлового периода.

Информация, вводимая в данную базу данных, используется для расчета общего выхода навоза от животных с определением его типа, с целью подбора приемлемой технологии для его переработки.

Добавление животных осуществляется через справочник «Виды животных». В базе данных расположен справочник «Технологии содержания», где вводятся применяемые технологии содержания животных и при оформлении базы данных выбор технологии осуществляется из контекстного меню.

В базе данных «Культуры» указывается наименование возделываемых кормовых культур, их предшественники, площади посева, урожайность, валовый выход культур, цена реализации и в качестве расчетных данные выступает выручка от реализации. В базе данных расположены справочники «Виды культур» и «Виды культур предшественников».

В базе данных «Сырье и материалы» вводится вид сырья (материала), расход сырья (материала), цена, коэффициент затрат и общая стоимость сырья (материала).

В опции «Трудовые ресурсы» вводится должность, указывается количество человек, работающих в данной должности или доля ставки. Далее вводится информация – объем работ, норма выработки, затраты труда, тарифная ставка на норму, при повышенной заработной плате – процент повышения от основной суммы и вводит процент отчислений в социальные фонды. На основе представленных данных рассчитывается количество нормо-смен, тарифный фонд на весь объем работ, а также общая сумма с начислениями.

База данных «С.-х. машины» содержит информацию о виде и марке машин, указание на энергомашину, с которой агрегируется, остаточная стоимость машины, процент отчисления по амортизации и на ремонт. На основе данных определяются амортизационные отчисления и отчисления на ремонт. Отдельно выделена область с информацией о топливе (для самоходных с.-х. машин), где указывается объем выполненных работ, расход топлива на единицу работ, рассчитывается общий расход топлива в натуральных и стоимостных единицах. Предусмотрена возможность ввода данных о сельхозмашинах в разрезе применяемых технологий.

Аналогичная информация вводится в базе данных о энергомашинах, с указанием марки сельхозмашины, с которой она агрегируется.

На основе информации в базах данных по сельскохозяйственным и энергомашинам в базе данных «Агрегаты» представлена возможность выбора техники, которая будет работать совместно в составе агрегата. С целью выбора разработан справочник по машинам, где в разрезе каждой из применяемых технологий указывается сельхозмашина и энергомашина.

База данных «Типовые технологические карты» формируется следующим образом: по указанию кормовой культуры с площадью посева выбирается файл формата xlsx., кликнув на который загружается типовая технологическая карта возделывания данной культуры, применяемая в анализируемой сельхозорганизации.

В диалогом окне каждой из перечисленных баз данных, вошедших в банк данных ИАСППР оптимизации технологий производства органических удобрений предусмотрен стандартный набор опций – кнопки «Добавить», «Редактировать», «Удалить», «Подробнее…» и «Выход».

В области «Содержание проекта» выделены четыре основные опции «Севооборот», «Выбор технологии производства органических удобрений», «Проектные технологические карты» и «Сводные технологические карты».

Опция «Севооборот» служит для формирования структуры севооборота организации с целью определения состава культур и занимаемых ими площадей. Опция содержит справочники «Виды культур» и «Виды культур предшественников». После добавления необходимых культур из справочника формируется круговая диаграмма севооборота при нажатии кнопки «Вывод диаграммы». В случае добавления или удалений какой-либо из культур в диалогом окне предусмотрена кнопка «Обновить севооборот». Также в данной диалогом окне «Севооборот» предусмотрен стандартный набор кнопок – «Добавить», «Редактировать», «Удалить», «Подробнее» и «Выход».

Рассмотрим опцию «Выбор технологии производства органических удобрений». Основным назначением данной опции выступает формирование экономико-математической модели и ее оптимизация. Для этих целей в
опции расположена кнопка «Выполнить оптимизацию», которая позволяет перейти в файл MSExcel с шаблоном экономико-математической модели
оптимизации. При необходимости, в зависимости от условий конкретного предприятия, ЭММ дополняется новыми ограничениями и наполняется исходной информацией. Далее производится оптимизация модели, и результаты оптимизации отражаются в форме таблицы в диалоговом окне «Выбор технологии производства органических удобрений» в области окна «Результаты оптимизации экономико-математической модели выбора ресурсосберегающей технологии производства концентрированных органических удоб-рений».

Формируемая таблица содержит информацию: вид технологии, значения целевой функции, эксплуатационные затраты, уровень рентабельности технологий. В значении целевой функции предусмотрен вывод из файла MSExcel по результатам оптимизации двух значений: минимума приведенных затрат и максимума прибыли.

В рассматриваемом диалоговом окне «Выбор технологии производства органических удобрений» предусмотрена кнопка «Состав МТП при реализации традиционной и ускоренной технологии производства КОУ». При
использовании данной опции открывается одноименное диалоговое окно,
в котором:

– по энергомашинам в разрезе применяемых технологий указывается марка машины и количество машин для реализации данной технологии;

– по сельскохозяйственным машинам в разрезе применяемых технологий указывается марка машины и количество машин для реализации данной технологии;

– по агрегатам в разрезе применяемых технологий указывается марка энергомашины и сельскохозяйственной машины, которые вошли в агрегат.

Таким образом, на основе выполнения оптимизации экономико-математической модели биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения, полностью формируется машинно-тракторный парк, необходимый для реализации данных техно-логий.

Далее с области «Содержание проекта» главной формы ИАСППР оптимизации технологий производства органических удобрений расположена опция «Проектные технологические карты», которая представляет собой диалоговое окно с указанием на вид ресурсосберегающей технологии производства КОУ и закрепленный за названием технологии адрес файла, в котором расположена технологическая карта реализации операций данной технологии. Обычно файлы имеют формат xlsx. Диалоговое окно «Проектные технологические карты» содержит набор стандартных опций, таких как «Добавить», «Редактировать», «Удалить», позволяющих выполнять соответствующие операции с введенными технологиями и файлами с технологическими картами.

Следующая опция главной формы программы – это «Сводные технологические карты». Ее предназначение состоит в генерировании имеющихся типовых и проектных карт, с целью получить полную сводную технологическую карту, в которой отразятся все операции по производству органических удобрений и по возделыванию кормовых культур. Ценность сводной карты для сельхозорганизации – в наглядном отображении всего парка задействованных машин, так как технологии производства органических удобрений и возделывания сельскохозяйственных культур предусматривают применение аналогичных машин с одинаковыми временными интервалами. При наличии сводной карты и далее анализа представленной в ней информации сельхоз-организация получает возможность рационально планировать использование машинно-тракторного парка с целью выполнения технологических операций в полном объеме и в заданные агротехнологические сроки.

Диалоговое окно «Сводные технологические карты» содержит кнопки «Открыть типовую карту», «Открыть проектную карту», а также набор стандартных опций – «Добавить», «Редактировать», «Удалить». В окне представлена связка в виде строки таблицы:

– адрес файла с технологической картой возделывания с.-х. культуры, который выбирается нажатием кнопки «Открыть типовую карту» из диалогового окна «Типовые технологические карты» банка данных программы;

– адрес файла с технологической картой проектной ресурсосберегающей технологии производства органических удобрений, принятой по результатам оптимизации экономико-математической модели. Адрес файла выбирается нажатием кнопки «Открыть проектную карту» при попадании в
диалоговое окно «Проектные технологические файлы»;

– адрес файла, содержащего сводную технологическую карту. Данную карту, при использовании выбранных ранее типовой и проектной карт, самостоятельно формирует пользователь.

Таким образом, при анализе данных сводных технологических карт следует определить сроки и интенсивность использования машинно-тракторного парка организации, проанализировать каких машин будет не хватать, какими их можно заменить.

Для целей анализа сводных технологических карт на главной форме ИАСППР оптимизации технологий производства органических удобрений размещена область «Обеспеченность техникой» (см. рис. 3.2). В области выделены опции: «Сводный план механизированных работ», «График загрузки энергомашин», «График наличия техники».

В опции «Сводный план механизированных работ» в разрезе месяцев календарного года из сводной технологической карты выгружаются технологические операции с указанием:

– объема выполняемых работ в гектарах и в условных эталонных гектарах;

– агросроков выполнения операции, выраженные в календарных днях и в рабочих днях;

– количества смен при выполнении данной технологической операции;

– состава агрегата с указанием марки энергомашины и сельхозмашины;

– производительности агрегата;

– расхода топлива на 1 гектар возделываемой пашни и общий расход;

– общего количества энергомашин и сельхозмашин, которые требуются для реализации технологии производства органических удобрений и технологии возделывания сельскохозяйственной культуры;

– количества выполненных нормо-смен, машино-дней и смен.

При использовании опции «График загрузки энергомашин» на основании данных диалогового окна «Сводный план механизированных работ» в разрезе каждого агрегата формируется график, где по месяцам календарного года (ось абцисс) указывается требуемое количество агрегатов (ось ординат).

С нажатием кнопки «График наличия техники» получаем гистограмму отражения количества техники заданной марки в наличии в сельхозорганизации и требуемого количества. Таким образом, пользователь получает возможность выявить насколько сельхозорганизация обеспечена техникой для реализации технологий производства органических удобрений и технологий возделывания кормовых культур. На основании сравнения техники в наличии и требуемого количество принимается управленческое решение либо о заме-не недостающего количества техники, либо о покупке недостающей техники.

Для оценки эффективности выбранной ресурсосберегающей технологии производства органических удобрений в ИАСППР оптимизации технологий производства органических удобрений предусмотрена область «Технико-экономическая эффективность», в которой функционируют опции «Уровень органообеспеченности сельскохозяйственных площадей», «Себестоимость возделывания сельхозкультур» и «Валовый доход» (см. рис. 3.2).

В диалоговом окне «Уровень органообеспеченности с.-х. культур» представлены сельскохозяйственные культуры, выращиваемые в хозяйстве с указанием их площади посева (информация отображается в соответствии с базой данных «Культуры»). Для работы с опцией пользователю необходимо выбрать интересующую культуру и проанализировать уровень органообеспеченности сельскохозяйственной площади ее возделывания. Для этого в диалогом окне «Уровень органообеспеченности с.-х. площадей» расположена кнопка «Редактировать показатель уровня органообеспеченности», при нажатии которой пользователь открывает форму «Редактирование органообеспеченности». В данной форме автоматически, из базы данных «Культуры» отображается название кормовой культуры и площадь посева, а из сводной технологической карты отражается объем произведенного удобрения, предназначенный для внесения под рассматриваемую кормовую культуру и доза внесения. На основании указанных количественных показателей в форме рассчитывается уровень органообеспеченности. Диалоговое окно «Редактирование органообеспеченности с.-х. площадей» содержит стандартные кнопки «Сохранить», «Закрыть».

В свою очередь диалоговое окно «Уровень органообеспеченности с.-х. культур» содержит кнопки «Банк данных по культурам», «Удалить культуру» и «Справочники», с помощью которых возможно добавление или удаление сельхозкультуры, редактирование, корректирование информации.

Следующей опцией в поле «Технико-экономическая эффективность» рассматривается «Себестоимость возделывания с.-х. культур». Информация данной опции формируется:

– из базы данных «Культуры» переносятся названия кормовых культур, выращиваемых в организации в рамках применения научно обоснованного севооборота с указанием их площади посева;

– из базы данных «Типовые технологические карты» по каждому виду сельскохозяйственных культур переносится информация:

• урожайность кормовой культуры, возделываемой по типовой

технологии;

• валовый выход кормовой культуры;

• себестоимость возделывания сельхозкультуры, выраженная на 1 га

площади посева, на 1 ц валового выхода культуры;

– из опции «Сводные технологические карты» по каждому виду с.-х. культур переносится информация:

• урожайность кормовой культуры возделываемой по проектной

технологии;

• валовый выход кормовой культуры;

• себестоимость возделывания кормовой культуры, выраженная на

1 га площади посева, на 1 ц валового выхода культуры.

Форма «Себестоимость возделывания с.-х. культур» содержит кнопки «Банк данных по культурам», «Редактировать себестоимость с.-х. культуры», «Удалить культуру» и «Справочники». Перечисленные опции предоставляют возможность пользователю добавлять, удалять и редактировать информацию, представленную в форме.

Основное назначение формы «Себестоимость возделывания с.-х. культур» в наглядном представлении информации по конкурирующим технологиям возделывания кормовых культур с целью их сравнения и принятия экономически эффективного управленческого решения.

Далее в поле «Технико-экономическая эффективность» представлена опция «Валовый доход». Данные опции формируется:

– из базы данных «Культуры» переносятся названия кормовых культур, выращиваемых в организации в рамках применения научно обоснованного севооборота с указанием их площади посева;

– из базы данных «Типовые технологические карты» по каждому виду кормовых культур переносится информация:

• урожайность кормовой культуры возделываемой по типовой

технологии;

• валовый выход кормовой культуры;

– из опции «Сводные технологические карты» по каждому виду кормовых культур переносится информация:

• урожайность кормовой культуры возделываемой по проектной

технологии;

• валовый выход кормовой культуры.

При использовании цены реализации кормовой культуры (из базы данных по культурам) определяется валовый доход организации, полученный от реализации кормовой культур, а также валовый доход на 1 га пашни и на 1 ц валового производства культур.

Форма «Валовый доход» содержит кнопки «Банк данных по культурам», «Редактировать валовый доход», «Удалить культуру» и «Справочники». Перечисленные опции предоставляют возможность пользователю добавлять, удалять и редактировать информацию, представленную в форме.

Предназначение формы «Валовый доход» состоит в расчете валового дохода от применения альтернативных технологий возделывания кормовых культур с целью их сравнения и принятия экономически эффективного управленческого решения по использованию той или иной технологии в условиях реального хозяйства.

Выводы по главе

1. В разработанной экономико-математической модели в качестве критериев оптимальности использованы: показатель приведенных затрат и прибыль, получаемая сельскохозяйственной организацией от биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения. Данная модель использована в ряде предприятий Ростовской области, в том числе с учетом затрат на переработку стоков и навоза и выращивание кормовых культур.

2. Разработанная информационно-аналитическая система поддержки принятия решений оптимизации технологий производства органических удобрений позволяет:

– формировать, накапливать и редактировать данные по растениеводческому и животноводческому направлениям деятельности в разрезе сельскохозяйственных организаций;

– при использовании экономико-математической модели биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения выбрать перспективную для данной организации ресурсосберегающую технологию производства органических удобрений;

– на основе данных оптимизации технологии производства органических удобрений формировать проектные технологические карты, отражающие все технологические операции и их обеспечение, а также расчет затрат на реализацию данной технологии;

– при использовании типовых технологических карт по возделыванию кормовых культур и проектных карт по производству органических удобрений компилировать сводные технологические карты, указывающие на необходимое обеспечение двух технологий, а также на затраты по реализации технологий;

– анализировать обеспеченность сельскохозяйственной организации необходимой техникой для реализации технологий возделывания сельхозкультур с производством и внесением органических удобрений;

– обосновать технико-экономическую эффективность применения проектной технологии возделывания кормовых культур.

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ УСКОРЕННОЙ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ СТОКОВ И НАВОЗА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ И УДОБРЕНИЯ ПАСТБИЩ И ПОЛЕЙ ДЛЯ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР

4.1 Разработка новых технологических и технических решений для подготовки стоков к орошению пастбищ

4.1.1 Отличительные признаки орошения культурных пастбищ

Организация территории. Орошаемые пастбища, разделенные изгородью на загоны, с оросительной сетью, со скотопрогонами, площадками для водопоя и отдыха животных, для доения коров называют культурными. Располагают их вблизи фермы или летнего лагеря: при выпасе коров не далее 2 км, телят – 1 км, овец – 2,5–3,0 км. Обычно на 3–5 коров требуется 1 га пастбищ.

Площадь участка разбивают на 10–18 загонов. На каждом загоне животных пасут 2–3 суток. Трава отрастает до пастбищной спелости после стравливания за 22–25 суток на плодородных землях и за 27–30 суток – на менее плодородных. Ширину загонов принимают не менее 0,5–0,7м на одну голову крупного рогатого скота. Наилучшее соотношение сторон прямоугольного загона 1:2–1:3.

Пастбища залужают злаковыми травами и бобовыми (см. раздел 1.1).

Постоянные изгороди устанавливают по границе пастбища, вдоль скотопрогонов (иногда по границам загонов), а переносные – по границам загонов и внутри загона для выделения участков стравливания пастбища. Загоны для выпаса овец с ягнятами огораживают крупноячеистой сеткой.

Постоянное ограждение состоит из железобетонных или деревянных столбиков высотой 1,8–2,0 м, гладкой или колючей оцинкованной проволоки и ворот.

Ворота для впуска и выпуска скота делают шириной 6–8 м, располагая их в середине изгороди (по ширине загона) или ближе к углу в направлении основного перегона скота.

Для перехода скота от фермы или летних лагерей на пастбище и обратно, а также с одного загона на другой устраивают скотопрогоны шириной 10–15 м для крупного рогатого скота и 35–40 м для овец.

Основные скотопрогоны (от фермы до пастбища) покрывают гравийно-песчаным слоем толщиной 25–30 см, а внутрипастбищные – залужают травами, устойчивыми к выпасу.

Режим орошения. Влажность почвы на культурном пастбище не должна опускаться ниже 75% НВ в слое, равном 0,5 м (оптимальная влажность равна 85% НВ). Обычно в промежутке между двумя стравливаниями травы поливают 1–2 раза (в зависимости от осадков и способа полива). Первый полив проводят сразу же по окончании стравливания и удаления остатков несъеденной травы. Второй – через 10–12 сут., но не менее чем за 5 сут. до очередного стравливания. В степной и сухостепной зонах суммарное водопотребление составляет около 7000 м3/га, оросительная норма – 4500–5000 м3/га. Поливные нормы принимают в зависимости от водопроницаемости почвы, способа полива и глубины залегания грунтовых вод.

При поливе дождеванием для увлажнения 0,5 м слоя поливная норма составляет 300–400 м3/га. В засушливые годы проводят до 15 поливов.

Техника полива. Пастбища можно поливать дождеванием, по полосам и затоплением по чекам. Лучший способ полива – дождевание.

При проектировании орошения пастбищ дождеванием используют типовые схемы орошения. Размеры загонов принимают 3–4 га в зависимости от длины дождевальных трубопроводов или крыльев машины и ширины площади полива с одной позиции. Подача воды на водопойные площадки предусматривается от гидранта, если оросительная вода пригодна для водопоя скота.

Оросительная сеть на пастбище может быть открытой, закрытой и комбинированной. Закрытая сеть бывает стационарной, передвижной из труб и комбинированной: из стационарных магистральных трубопроводов в сочетании с разборными распределительными и поливными трубопроводами.

Синтез технологий, представленный в первой главе отчета, трансформирован в биотехнологию ускоренной переработки стоков и жидкого навоза для орошения пастбищ (рис. 4.1).

word image 205 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.1 – Схема биотехнологии ускоренной переработки стоков

и жидкого навоза для орошения пастбища

4.1.2 Биотехнология ускоренной переработки навозных стоков

Навозные стоки влажностью 97% и более насосами через систему трубо-
проводов подаются в секционный накопитель навозных стоков. Биотехнология предусматривает производство жидких концентрированных органических удобрений (ЖКОУ) путем добавления в емкости стационарного растворного узла биологически активной добавки (БАД) в количестве 5% от объема перемешиваемых стоков. В процессе гидравлического перемешивания в течение 60 мин. биологически активная добавка равномерно распределяется по всему объему, трансформируя раствор в ЖКОУ. Транспортирование ЖКОУ на поля орошения возможно с использованием насосной станции, которая подает их в распределительные колодцы каждого участка ЗПО, откуда направляется в распределительные трубопроводы для полива. Полив осуществляется дождевальными машинами [25, 41, 69, 70].

В случае отсутствия ЗПО внесение ЖКОУ производится технологическими машинами, которые вносят раствор ЖКОУ поверхностно с дозами
4 м3/га. Особый интерес представляет вариант с применением мобильного агрегата с автономной системой перемешивания компонентов (МААСП).
В этом случае стоки насосом загружаются в технологическую емкость
МААСП, куда подается БАД (5% от объема перерабатываемых стоков), и в процессе транспортирования к месту внесения происходит перемешивание компонентов, и готовое ЖКОУ вноситься поверхностно на поле с дозами
4 м3/га.

Важным элементом биотехнологии является совершенствование процессов (см. рис. 4.1) с временным ускорением отдельных операций не в ущерб качеству производимого продукта (ЖКОУ). Предварительной операцией перед выгрузкой навозных стоков из секционного накопителя является их обеззараживание и доведение биомассы до однородного состояния. Для этого предлагается устройство ускоренного обеззараживания навозных стоков и жидкого навоза, которое обеспечивает перемешивание разделенных слоев жидкого навоза, таких как корка, осветленная жидкость и осадок, а также обеспечивает его аэробное окисление по всему объему навозохранилища [71].

Решение поставленной задачи в предлагаемом устройстве достигается путем преобразования энергии ветра в механическую энергию для перемеши-вания навозных стоков и жидкого навоза, что позволяет равномерно окислять жидкий навоз по всему объему навозохранилища кислородом, находящимся в окружающем воздухе.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. Ветроротор Савониуса с вертикальной осью вращения, расположенный на плавучей платформе, под действием энергии ветра вращает механически соединенный с ним вал с рядами лопастей и крестовиной на конце, с закрепленными на ее концах отрезками металлических тросов, который помещен в жидкий навоз. При вращении вала лопасти обеспечивают подъем жидкой массы из нижних слоев к поверхности, разрушение корки на поверхности, что обеспечивает их равномерное перемешивание и увеличивает скорость окисления, а тросы обеспечивают перемешивание средних слоев с осевшим осадком. Так как ветроротор Савониуса вращается при скорости ветра от 4 м/с, указанная скорость ветра может наблюдаться в любых широтах и в любое время года, что позволяет использовать предлагаемое устройство на всей территории России.

Устройство содержит (рис. 4.2) корпус платформы с расположенными под ней элементами, обеспечивающими поддержание платформы над поверхностью жидкого навоза, ветроротор Савониуса, закрепленный на валу, жестко соединенном с лопастями и крестовиной с зафиксированными на ее концах отрезками металлического троса, свободное вращение которого обеспечивается снизу опорным подшипником и поддерживающим подшипником, а также руль направления движения платформы, закрепленный на валу, изменение угла которого обеспечивается тягой, управляемой командным механизмом хода, вращающегося на опорном подшипнике, закрепленным на подставке.

Предлагаемое устройство ускоренного обеззараживания стоков и жидкого навоза позволяет активизировать процесс аэробного окисления с помощью возобновляемого источника энергии – энергии ветра, что обеспечивает энергосбережение и способствует снижению загрязнения окружающей среды, а также подготавливает органическую массу в жидком виде для производства ЖКОУ.

word image 17 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Осадок

15

Корка

Жидкий навоз, навозные стоки

1 – платформа; 2 – элементы; 3 – подшипник опорный; 4, 10 – вал; 5 – лопасти; 6 – крестовина; 7 – отрезок металлического троса; 8 – подшипник поддерживающий; 9 – руль платформы; 11 – тяга; 12 – механизм хода; 13 – подставка; 14 – подшипник опорный; 15 – ветроротор

Рисунок 4.2 – Схема работы устройства для перемешивания

и ускоренного обеззараживания жидкого навоза

Данное устройство обеспечивает перемешивание компонентов на глубине до 2,5–3,0 м. Частота вращения лопаток достигает 132 мин-1 при площади ветролопастей 4 м2 (4 штуки на 1 м2).

Принципиальная технологическая схема производства жидких КОУ на основе стоков и жидкой фракции навоза представлена на рисунке 4.3.

Согласно представленной схеме, жидкий навоза влажностью 94–96% насосом подается по трубопроводу к растворному узлу при закрытом кране 4. Растворный узел представляет установленные на фундаменте рабочие ёмкости 21, оснащенные системами гидравлического перемешивания компонентов смеси.

Каждая ёмкость оснащена насосом и системами трубопроводов. В ём-
кости 28 находится БАД, которая подается по заданной программе в емкости 21, 22 или 23 с дозой 50 л/м3 стоков или жидкого навоза. Емкости 7 и 8 заполняются на ¾ объема жидкой фракцией навоза, куда подается насосом 29 расчетное количество БАД.

Перемешивание смеси производится в течение 60 мин., затем насосами 24 (емкость 7), 25 (емкость 22) или 26 (емкость 23) жидкое КОУ выгружается в транспортно-технологическую машину и далее транспортируется на поле.

Описание: C:\Documents and Settings\nich5\Рабочий стол\рис4.8.jpg

1 – навозохранилище; 2 – насосная станция; 3 – трубопроводы; 4–20 – краны; 21-23 – ёмкости ; 24–26 – насосы

для перемешивания компонентов и выгрузки КОУ; 27 – пульт управления; 28 – ёмкость для подготовки БАД;

29 – насос для подачи БАД; 31–32 – краны для регулирования процесса подачи БАД

Рисунок 4.3 – Схема растворного узла для производства

жидких концентрированных органических удобрений

В случае необходимости жидкий навоз можно выгружать в транспортно-технологическую машину и вносить на поле по традиционной схеме,
перекрыв для этого кран 5 и открыв кран 4.

Общий вид растворного узла представлен на рисунке 4.4.

C:\Users\НИЧ\Desktop\Print 21x15\DCIM\100NIKON\DSCN0053.JPG

Рисунок 4.4 – Общий вид растворного узла для производства жидких КОУ

Фрагмент загрузки твердой БАД показан на рисунке 4.5.

C:\Users\НИЧ\Desktop\Print 21x15\DCIM\100NIKON\DSCN0062.JPG

Рисунок 4.5 – Фрагмент загрузки твердых БАД в емкость

Фрагмент погрузки жидких КОУ в технологические машины показан на рисунке 4.6.

Описание: C:\Users\НИЧ\Desktop\Print 21x15\DCIM\100NIKON\DSCN0045.JPG

Рисунок 4.6 – Погрузка жидких КОУ в МЖТ-16

Перспективным является вариант производства жидких КОУ непосредственно в технологической машине с автономной системой перемешивания компонентов.

Мобильный узел машины с автономной системой перемешивания удобрений включает в себя ходовую систему, емкость с загрузочным люком и оборудованной предохранительной решёткой, дистанционно управляемой крышкой (рис. 4.7).

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 ½ его диаметра. Шнек установлен с 5-ти сантиметровым зазором наружной кромки его витка от дна емкости. В емкости установлены 2 перфорированные перегородки, расположенные на расстоянии ¼ длины емкости от торцевых стенок в ½ верхней части емкости. В задней части емкости установлены выгрузное окно, фильтр и запорно-соединительное устройство.

Мобильный агрегат работает следующим образом. На участке подачи жидкого навоза из навозохранилища через загрузочный люк емкость машины загружается на ¾ навозом, затем через тот же люк загружается α-добавка
(в порошковом или жидком виде) в количестве 5% от массы навоза. Включается перемешивающий рабочий орган (имеющий привод от ВОМ трактора), выполненный в виде шнека с правой и левой навивкой, и в ёмкость добавляется жидкий навоз до её заполнения. Закрывается крышка, и агрегат следует к месту применения жидких КОУ.

word image 206 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур
word image 207 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур
1 – ходовая система; 2 – емкость; 3 – загрузочный люк; 4 – предохранительная решётка;

5 – дистанционно управляемая крышка; 6 – шнек; 7 – перфорированные перегородки;

8 – выгрузное окно; 9 – фильтр;10 – запорно-соединительное устройство

Рисунок 4.7 – Схема общего вида машины с автономной системой

перемешивания компонентов для производства жидких КОУ

В процессе вращения шнек создает ускорение перемещения смешиваемых компонентов к торцевым стенкам емкости, отражаясь от которых в жидкости создается обратный поток, который, сталкиваясь с перфорированными перегородками, разделяется на множество струйных потоков, которые входят в контакт и, взаимодействуя между собой, смешиваются, что способствует повышению качества смешиваемых компонентов.

По прибытию на поле жидкие КОУ вносятся поверхностно с дозами
4 м3/га.

Использование мобильного агрегата для приготовления жидких КОУ позволяет повысить эффективность перемешивания для приготовления качественного раствора в закрытой ёмкости в процессе транспортирования к месту внесения, и обеспечивает экологическую безопасность при транспортировке и внесении удобрений.

Основные технико-эксплуатационные показатели работы агрегата представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Основные технико-эксплуатационные показатели работы

машины с автономной системой перемешивания компонентов

Показатели Значения показателей
Тип машины полуприцепная
Привод рабочих органов от ВОМ трактора
Агрегатируется трактор кл. 3
Эксплуатационная производительность (при радиусе транспортирования 5 км), т/ч до 20
Потребная мощность на привод рабочих органов, кВт до 30,5
Время перемешивания компонентов

смеси, мин.

60
Рабочая ширина внесения жидких КОУ, м 9–14,0
Максимальная высота загрузки, м 3,2
Скорость движения агрегата, км/ч:

рабочая

транспортная

до 10

до 30

Общий вид мобильного агрегата с автономной системой перемешивания показан на рисунке 4.8

word image 208 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.8 – Общий вид агрегата с автономной системой перемешивания

Ускоренная биотехнология переработки жидкого навоза животноводческих ферм в органические удобрения для внесения на поля при выращивании кормовых культур заключается в следующем.

Жидкий навоз влажностью 92–96% подается в приемный резервуар с перемешивающим устройством. После тщательного перемешивания однородная смесь насосом подается для механического разделения на фракции.

Технологическая линия тонкой очистки жидкого навоза и помета содержит по ходу технологического процесса (рис. 4.9) накопитель навоз-ных стоков 1, дуговое сито (мобильная установка) 2, ленточный вакуум-фильтр 3, тонкослойный отстойник 4, площадку для компостирования твер-дого навоза 5, напорную флотационную установку 6, пруд-накопитель 7 [72].

Принцип действия технологической линии тонкой очистки жидкого навоза и помета следующий: жидкий навоз (помет) из накопителя навозных стоков (влажностью 92–94%) подается на дуговое сито, где происходит раз-деление его на осадок (влажностью 86–88%) и жидкую фракцию (влажно-стью 97,8–98,0%); осадок для обеззараживания поступает на ленточный вакуум-фильтр 3, а жидкая фракция поступает в тонкослойный отстойник.

рисунок 4

Рисунок 4.9 – Технологическая линия тонкой очистки жидкого навоза

После ленточного вакуум-фильтра жидкая фракция (влажностью 98,7%) поступает на напорную флотационную установку, а твердая фракция (влажностью 68–72%) – на площадку для компостирования твердого навоза; с тонкослойного отстойника осветленная жидкость (влажностью 98,9–99,0%) подается на напорную флотационную установку, где происходит процесс окончательного осветления флотацией; техническая вода после осветления (влажностью до 99,4%) подается в пруд накопитель, откуда расходуется на рециркуляцию, полив или сливается в природные водоемы, а осадок после осветления в тонкослойном отстойнике и в напорной флотационной установке подается на ленточный вакуум-фильтр, где производится его разделение вместе с поступающим основным технологическим потоком. После завершения про-цесса биотермического обеззараживания твердой фракции навоза полученные органические удобрения (ОУ) вносятся на поля.

При принятии управленческого решения использования технологий
переработки жидкого навоза важную роль играют вопросы экономической
эффективности рассматриваемых технологий [73, 74]. В первую очередь сельскохозяйственных товаропроизводителей интересует величина затрат на внедрение и реализацию технологий по переработке навоза. На рисунке 4.10 представлены результаты расчета эксплуатационных затрат на переработку жидкого навоза свиноводческих ферм по трем технологиям с различным поголовьем.

Из рисунка 4.10 видно, что использование наиболее распространенной в настоящее время технологии переработки жидкого навоза на свиноводческих фермах с использованием отстойников-накопителей (лагун) приводит к значительным затратам на его переработку: от 4570 руб./т (при поголовье 100 свиней) до 450 руб./т (при поголовье более 6000 свиней) (кривая 1).

Применение технологии с использованием стационарного цеха для разделения навоза на фракции требует значительных эксплуатационных за­трат от 3900 руб./т (при поголовье 100 свиней) до 200 руб./т (при поголовье более 6000 свиней) (кривая 2).

C:\Users\Галина\Desktop\сканы отчет 2020\рис 4.11.jpg

1 – технология с использованием отстойников-накопителей;

2 – технология с использованием цеха для разделения навоза на фракции;

3 – технология с использованием мобильной установки

Рисунок 4.10 – Изменение эксплуатационных затрат

на переработку жидкого навоза по различным технологиям

в зависимости от поголовья свинофермы

При применении технологии с использованием мобильной установки для разделения навоза на фракции эксплуатационные затраты изменяются от 3200 руб./т (при поголовье 100 свиней) до 180 руб./т (при поголовье более 6000 свиней) (кривая 3).

Из представленных на рисунке 4.10 данных также видно, что исполь-зова­ние рассмотренных технологий переработки жидкого навоза имеет смысл при поголовье свиней от 1000 голов и более. В указанном диапазоне поголо­вья свиней применение отстойников-накопителей позволяет снизить эксплу­атационные затраты от 900 руб./т до 450 руб./т; применение стационарного цеха для разделения навоза на фракции – от 600 руб./т до 200 руб./т; исполь­зование мобильной установки – от 400 руб./т до 180 руб./т.

Для свиноводческой фермы на 1000 голов применение мобильной установки для разделения навоза на фракции позволяет снизить эксплуатаци­онные затраты на переработку навоза в сравнении с отстойниками-накопи­телями на 56%, в сравнении с цехом разделения навоза – на 33,3%. Для СТФ на 6000 голов применение мобильной установки для разделения навоза на фракции позволяет снизить эксплуатационные затраты в сравнении с отстой­никами-накопителями на 60%, в сравнении с цехом разделения навоза –
на 10%.

Исходя из условия выбора технологий переработки жидкого навоза «эксплуатационные затраты min» для свиноводческих ферм с поголовьем от 1000 голов целесообразно использовать технологию с мобильной установ­кой для разделения навоза на фракции.

Мобильная установка, смонтированная на шасси тракторного прицепа, имеет в наличии фекальный насос, установку для локальной переработки навоза, систему задвижек и тру­бопроводов. Установка для локальной обра-ботки навоза представляет собой установленный в перфорированном желобе щеточный шнек с дожимным устройством [75].

Схема и устройство установки для локальной обработки навоза показаны на рисунке 4.11.

Установка для транспортирования и разделения навоза на фракции содержит закрепленный на раме наклонный перфорированный корпус с установленными в нем на полом приводном валу полыми перфорированными лопастями. Полость каждой перфорированной лопасти сообщена с полостью полого приводного вала посредством отверстий. Перфорированный корпус имеет загрузочное и выгрузное окна и размещенный под ним поддон для сбора жидкой фракции. Полый приводной вал сообщен с поддоном патрубком. Витки полых перфорированных лопастей установлены на полом приводном валу с шагом, равным 1,25–2,0 величины диаметра упомянутого витка. Средство для очистки внутренней поверхности перфорированного корпуса выполнено в виде щеток, которые установлены на кромке полых перфорированных лопастей. В верхней части перфорированного корпуса установлен перфорированный мундштук, в котором с помощью четырех диаметрально расположенных пальцев закреплена подпружиненная полая пластина, которая в верхней части на величину (R+r) имеет перфорацию с внутренней стороны, где R – наружный радиус пластины, r – внутренний радиус пластины (рис. 4.11б).

C:\Users\Галина\Desktop\сканы отчет 2020\рис 4.12.jpg

а

C:\Users\Галина\Desktop\сканы отчет 2020\рис 4.15.jpg C:\Users\Галина\Desktop\сканы отчет 2020\рис 4.16.jpg

б

а – схема работы установки; б – схема работы дожимного устройства

1 – рама; 2 – корпус; 3 – вал приводной; 4 – лопасть перфорированная; 5 – полость лопасти; 6 – полость приводного вала; 7 – отверстия; 8 – окно загрузочное; 9 – окно выгрузное; 10 – поддон; 11 – патрубок: 12 – щетки; 13 – мундштук перфорированный;

14 — пальцы; 15 – пластина; 16 – пружина

 

Рисунок 4.11 – Схема и принцип работы установки

для локальной обработки жидкого навоза

Устройство работает следующим образом.

Жидкий навоз по трубопроводу через загрузочное окно подается в перфорированный корпус и полыми перфорированными лопастями транспортируется к выгрузному окну. При этом часть жидкой фракции, находящаяся в свободном состоянии, проходит через перфорированный корпус и поступает в поддон для сбора жидкой фракции. Остаток свободной влаги вместе с навозом, перемещаясь в межвитковом пространстве, контактирует с перфорацией на передней и задней сторонах полых лопастей и поступает во внутреннюю полость лопастей. За счет послойного перемещения навозной массы в межвитковом пространстве происходит ее разрыхление, сопровождающееся разрушением структурные связей, способствующим переходу физико-механически связанной влаги в свободную, которая через перфорацию также поступает во внутреннюю полость перфорированной лопасти. Для очистки внутренней поверхности корпуса используются щетки, установленные на кромке полых перфорированных лопастей. В зоне расположения перфорированного мундштука за счет непрерывной подачи лопастями осадка навозной массы происходит увеличение давления, способствующего разрушению физико-механических связей в навозной массе и дополнительному выделению свободной влаги, которая через перфорированные отверстия в мундштуке, в полых лопастях и полом приводном валу и подпружиненной пластины удаляется в поддон. При достижении давления между витками шнека подпружиненной полой пластины больше давления пружин полая пластина соосно перемещается в сторону выгрузного окна твердой фракции, и происходит ее выход. Затем при достижении давления пружины больше давления поступающей навозной массы полая пластина принимает исходное положение, и цикл повторяется.

Общий вид установки для локальной обработки жидкого навоза в технологической линии показан на рисунке 4.12.

Б1

Рисунок 4.12 – Общий вид установки для локальной обработки

жидкого навоза

Функциональная схема процесса разделения навоза на фракции мо­бильной установкой представлена на рисунке 4.13. В основу разработки функ­циональной схемы положены известные принципы анализа и синтеза элемен­тов системы.

рис 4

Рисунок 4.13 – Функциональная схема процесса разделения навоза

на фракции мобильной установкой

Процесс разделения навоза на фракции включает в себя три основных блока и четвертый – вспомогательный.

Входными параметрами блока I являются объем поступающего навоза (VЖН), его влажность (WЖН) и производительность фекального насоса (Qнаc). Выходные параметры – WЖН и масса жидкого навоза (МЖН), подаваемого на установку для разделения навоза на фракции. Выходные параметры блока I являются входными параметрами блока II. Процесс фильтрования на щеточ­ном шнеке обеспечивается рациональным сочетанием конструктивных и ре­жимных параметров: длины зоны фильтрования (Lш), угла наклона шнека к горизонту (а), диаметра витка шнека (D) и шага витков (tв), частоты враще­ния шнека (п).

Важным параметром, влияющим на Wжф, является размер отверстия в перфорированном желобе (Rотв). Выходными параметрами блока II являются масса жидкой фракции (Мжф), влажность жидкой фракции (Wжф), влажность осадка (Woc) и его масса (Мос). Входными параметрами блока III являются влажность поступающего осадка (Wос) и его масса (Мос). Процесс дообезвоживания осадка обеспечивается рациональным сочетанием длины зоны дообезвоживания (Lдооб) и силой сжатия объема осадка (Рсж). Выходными пара­метрами блока III являются масса полученной твердой фракции (Мтф), её влажность (Wтф), а также масса образуемой при дожиме жидкой фракции (М’жф) и её влажность (W’жф).

Вспомогательный IV блок в качестве своих входных параметров имеет Qнас, Мжф, М’жф, Wжф, W’жф. Выходными параметрами являются W»жф (Wжф+W’жф) и М»жфжф+М’жф). Посредством блока IV осуществляется вы­грузка жидкой фракции навоза через заранее проложенную трубопроводную магистраль в секции отстойника-накопителя.

Схема функционирования усовершенствованной биотехнологии представлена на рисунке 4.14.

Смонтированная на прицепном шасси установка для разделения навоза на фракции агрегатируется с колесным трактором тягового класса 1,4. При­вод технологического оборудования осуществляется от ВОМ трактора.

рис 4

1-3 – технологические помещения (свинарники); 4, 6, 8 – приемные резервуары для жидкого навоза; 5, 7, 9 – приемные резервуары для жидкой фракции наво­за;

10 – мобильный агрегат для разделения жидкого навоза на фракции; 11 – центробежный насос; 12 – установка для разделения жидкого навоза на фракции; 13 – двух секционная площадка для накопления твердой фракции навоза; 14 – двух секционная площадка для накопления жидкой фракции навоза

Рисунок 4.14 – Схема усовершенствованной технологии переработки жидкого навоза на свиноводческих фермах с использованием мобильной установки

Технологический процесс осуществляется следующим образом. Агре- гат подъезжает к заполненному жидким навозом приемному резервуару 4, разделенному на две секции: секция для накопления жидкого навоза и секция для приема жидкой фракции. После подключения гидрантов, включается в работу щеточный шнек, в загрузочную горловину которого центробежным насосом подается жидкий навоз.

Схема работы мобильной установки представлена на рисунке 4.15.

Полученная в процессе ме­ханического разделения жидкая фракция самотеком подается в секцию 5 приемного резервуара для жидкой фракции, откуда фекальным насосом по системе трубопроводов поступает в одну из секций отстойника-накопителя жидкой фракции 14. Твердая фракция выгружается в расположенный рядом тракторный прицеп и транспортируется на площадку 13 для накопления и дальнейшей переработки. После окончания операции по переработке жидко­го навоза, агрегат подъезжает к следующему приемному резервуару и цикл повторяется.

F:\Задание\Рисунок 18.12.2020 г..jpg

ЖН

9

трактора

8

7

6

ВОМ

1

4

5

ЖН

ЖН

ЖН

На прифермское

навозохранилище

ЖФ

ЖФ

ЖФ

2

ТФ

из помещения

навозохранилище

1 – платформа двухосного прицепа с поворотным устройством; 2 – щеточный шнек для разделения навоза на фракции; 3 – гидромотор для привода шнека; 4 – фекальный насос для забора жидкого навоза; 5 – регулировочный кран подачи жидкого навоза

Рисунок 4.15 – Схема работы мобильной установки для разделения

навоза на фракции

Твердая фракция в секциях площадки 13 формируется в бурты, где происходит ее биотермическое обеззараживание и трансформация в твердое органическое удобрение (ТОУ) по двум вариантам:

– в течение 6–8 месяцев (с периодической перебуртовкой) происходит биотермическое обеззараживание твердой фракции путем его самонагрева­ния до температуры 65°С с последующей выдержкой в буртах. Полученное ТОУ вносится на поле с дозами от 40 до 60 т/га;

– применяется метод ускоренного компостирования твердой фракции путем подачи в бурт биологически активной добавки (БАД), которая ускоря­ет процесс самонагревания навозной массы и после 3–5 дневного перемеши­вания компонентов образуется твердое концентрированное органическое удобрение (ТКОУ) которое через 10–15 дней может вноситься на поле с до­зами от 1 до 4 т/га.

Жидкая фракция накапливается в секциях отстойника-накопителя 14, где происходит ее естественное биотермическое обеззараживание в течение 12 месяцев. Трансформация жидкой фракции в жидкое органическое удобре­ние возможна по двум вариантам:

– по истечении 12 месяцев насосной станцией, установленной в секции отстойника-накопителя, навоз перемешивается в месте его забора, грузится в транспортно-технологические машины для внесения жидкой органики и вносится на поле с высокими дозами (до 400 м3/га);

– жидкая фракция насосом грузится в транспортно-технологическую машину с системой автономного перемешивания компонентов, куда одно­временно с жидкой фракцией вносится БАД. В процессе перемешивания в течение одного часа готовое жидкое концентрированное органическое удоб­рение (ЖКОУ) вносится на поле с дозами 4 м3/га. При этом возможно ис­пользование жидкой фракции любой выдержки во времени.

Использование биологически активной добавки способствует насыще­нию органической массы микроэлементами, как питательной средой для рас­тений, так и связывает летучие соединения в навозе, сокращая выбросы
аммиака в атмосферу [76, 77].

Обобщающим выходным параметром мобильной установки является производительность агрегата (Qагр) и качество разделения навоза (η).

Производительность установки Qycm складывается из производительно­сти её отдельных блоков:

Qycт ≤ Q1 ≤ Q2 ≤ Q3 ≤ Q4. (4.1)

Производительность агрегата определяется по выражению

(4.2)

где Тц – время цикла работы агрегата:

 

(4.3)

где Тподг – время на подготовку агрегата к работе;

Тф – время на переработку навоза (фильтрование);

Тжф – время на откачку жидкой фракции;

Тпер – время на переезд к другому объекту.

Тподг включает в себя две операции: подготовку к процессу разделения и подготовку систем сбора и подачи навозной массы к транспортировке.

Из представленной на рисунке 4.13 схемы видно, что производительность блоков зависит от основных режимных, конструктивных и технологических параметров:

 

 

 

(4.4)

Производительность агрегата находится в прямой зависимости от про­изводительности установки, эффективность которой определяется качеством разделения навоза на фракции (η):

(4.5)

где Сисх – концентрация сухого вещества в исходном навозе;

Сф – концентрация сухого вещества в фильтрате (ЖФ).

Экспериментальными исследованиями установлено, что при исходной влажности навоза 94,6–97,8% производительность установки составляет 26,8–43,0 м3/ч. При этом влажность жидкой фракции достигает 97,8–98,6%, твердой фракции – до 72,0%. Частота вращения шнека 60–80 об/мин, длина рабочего участка шнека – 4,0 м.

Наличие в технологическом процессе переработки жидкого навоза мо­бильной установки позволяет также обслуживать все технологические кор­пуса на ферме и, при необходимости, выполнять аналогичную операцию на других свиноводческих фермах. В этом случае отпадает необходимость уста­новки в приемниках-накопителях насосных станций с перемешивающими устройствами, а также цистерн для откачки и транспортирования жидкого навоза в места его накопления, что снижает затраты на содержание живот­ных и повышает рентабельность производства свинины.

Жидкая фракция навоза после разделения на мобильной установке для последующего обезвоживания подается тонкослойный отстойник, конструкция которого позволяет ускорить процесс коагуляции и оседания навоза на стенках отстойника.

Решение поставленной задачи в предлагаемом устройстве достигается путем предварительного омагничивания жидкой фракции на входе в отстой-ник постоянным магнитным полем напряженностью не менее 25 кА/м, что способствует приобретению частицами навоза электрического заряда, при-водящего к коагуляции твердых частиц и увеличению скорости их притягивания к стенкам тонкослойного отстойника под действием электрического поля напряжением 0,05–0,1 В, приложенного к секциям и корпусу тонкослойного отстойника [78].

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. Жидкая фракция навоза на входе в тонкослойный отстойник проходит через электро-магнит постоянного магнитного поля, питаемый постоянным напряжением U1, обеспечивающим напряженность магнитного поля не менее 25 кА/м, где происходит процесс его омагничивания, который способствует приобрете-нию частицами навоза электрического заряда, вызывающего процесс коагуляции; при попадании в тонкослойный отстойник коагулированных частиц навоза, как носителей электрического заряда, под действием электрического поля, обеспечивающего процесс электролиза, происходит ускоренное притягивание заряженных частиц навоза к стенкам и дну секций отстойника, которые подключены к положительному выводу источника постоянного тока напряжением U2 = 0,05–0,1В. Осевшие на стенках и дне секций тонкослойного отстойника частицы навоза под действием силы тяжести перемещаются в накопитель на дне отстойника, откуда через патрубок выводятся по мере их накопления.

Устройство содержит (рис. 4.16) корпус отстойника 9 с расположен-ными на нем входящим 1 и выходящим 4 трубопроводами, электромагнит постоянного магнитного поля 2, расположенный на входящем трубопроводе, секции тонкослойного отстойника 3, прикрепленные к корпусу через электроизолирующие вставки 6 на фиксирующих штангах 10, накопитель осадка 5 с патрубком для удаления осадка 7, регулируемым задвижкой 8.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом: жидкая фракция навоза через входящий трубопровод 1 проходит через электро-магнит постоянного магнитного поля, где происходит процесс омагничи-вания частиц навоза и приобретения этими частицами электрического заряда, способствующего их коагуляции; поступая в тонкослойный отстой-ник скоагулированные заряженные частицы навоза под действием электро-лиза, который обеспечивается подсоединением постоянного напряжения к корпусу тонкослойного отстойника 9 и секциям тонкослойного отстойника 3, зафиксированным на штангах 10, электрически изолированых от корпуса 9 тонкослойного отстойника вставками из токонепроводящего материала 6, притягиваются к стенкам и дну секций 3 тонкослойного отстойника, а затем отдав свой заряд под действием силы тяжести, перемешаются в накопитель осадка 5, где при необходимости удаляются через патрубок удаления осадка 7
с помощью задвижки 8; освобожденная от частиц навоза жидкость выходит из тонкослойного отстойника через выходящий трубопровод 4.

рис

1 – трубопровод входящий; 2 – электромагнит; 3 – секция тонкослойного отстойника; 4 – трубопровод выходящий; 5 – накопитель осадка; 6 – вставка электроизолирующая; 7 – патрубок; 8 – задвижка; 9 – корпус отстойника; 10 – штанга фиксирующая

Рисунок 4.16– Схема рабочего процесса тонкослойного отстойника

Более глубокое осветление жидкой фракции производится на напорной флотационной установке, разработанной учеными бывшего ВНИПТИМЭСХ (г. Зерноград Ростовской области) [3, 5].

Установка (рис. 4.17) состоит из приемного резервуара, флотационной камеры, в нижней части которой расположена напорная полость с насадками, центробежного насоса с эжектором, напорного резервуара, резервуара осветленной жидкости и заборного устройства.

word image 209 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

1 – резервуар приемный; 2 – камера флотационная; 3 – эжектор; 4 – устройство заборное; 5 – полость напорная; 6 – насадки; 7 – труба перфорированная кольцевая; 8 – резервуар осветленной жидкости; 9 – насос; 10 – резервуар напорный

 

Рисунок 4.17 – Схема процесса работы напорной флотационной установки

Технологический процесс осуществляется во флотационной камере, куда через перфорированную кольцевую трубу из приемного резервуара подается избыточный активный ил и фильтрат, полученный при обезвоживании уплотненного активного ила. Сюда же из напорного резервуара через систему трубопроводов, напорную полость и насадки подается рабочая жидкость – пересыщенный раствор воздуха в осветленной жидкости. Дросселирование рабочей жидкости через насадки сопровождается обильным выделением воздуха из раствора в виде микропузырьков, которые образуют со взвешенными частицами комплексы «пузырек-частица». Комплексы двигаются вверх и скапливаются на поверхности жидкости во флотационной камере. Удаляется уплотненный активный ил пеносъемным механизмом. Осветленная жидкость отводится из флотационной камеры через заборное устройство.

Эффективная работа установки обеспечивается на следующих режимах: давление в напорном резервуаре – 400–500 кПа, степень рециркуляции рабочей жидкости – 0,3–0,5, скорость движения скребка пеносъемного механизма – 0,1–0,2 рад/с. Установка обеспечивает влажность уплотненного продукта не выше 96% и эффективность осветления исходного продукта не ниже 70%. Производительность напорной флотационной установки по исходному продукту – 20–25 м3/ч.

Напорная флотационная установка обеспечивает глубокую очистку осветленной жидкости, что позволяет использовать её на рециркуляцию, полив, слив в водоёмы и т.д. Получаемый осадок возвращается на дообезвоживание на ленточный вакуум-фильтр.

Осадок, образуемый в тонкослойном отстойнике, напорной флотационной установке, подается для обезвоживания на ленточный вакуум-фильтр [79].

Ленточный вакуум-фильтр работает следующим образом (рис. 4.18).

Обезвоживаемый осадок поступает в загрузочный лоток, посредством которого распределяется равномерным слоем по всей ширине движущейся ленты с фильтровальной тканью. Происходит фильтрование осадка путем удаления свободной и частично физико-механически связанной влаги через фильтровальную ткань. При перемещении ленты ее продольные прорези совмещаются с прорезями вакуум-камеры и твердая фракция попадает в зону действия вакуума, за счет чего происходит дальнейшее фильтрование и просушка твердой фракции. Однако под действием вакуума происходит дооформление и уплотнение частиц, в результате чего скорость отдачи влаги частицами материала снижается.

word image 210 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

а

word image 211 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

б

1 – лента; 2, 3 – вакуум-камера; 4 – камера нагнетательная; 5, 6 – барабаны приводной

и ведомый; 7 – ролики поддерживающие; 8 – прорези сквозные продольные; 9 – пазы

поперечные; 10 – канавки продольные; 11 – ткань фильтровальная; 12 –шнурки резиновые;

13 – боковины неподвижные; 14 – крышка; 15 – перегородки выравнивающие; 16 – патрубок для соединения с вакуум-коллектором; 17 – вакуум-коллектор; 18 – патрубок

для соединения с компрессором; 19 – устройство для промывки ленты; 20 – лоток

загрузочный; 21 – нож для съема твердого осадка

Рисунок 4.17 – Схема ленточного вакуум-фильтра с нагнетательной камерой

Сжатый воздух, воздействуя на монолитную уплотненную твердую фракцию, разрушает ее структуру с одновременным отделением твердых частиц от фильтровальной ткани. В процессе продувки находящаяся в капиллярах материала влага переходит в свободное состояние. После выравнивания перегородкой рыхлый слой твердой фракции снова попадает в зону действия вакуума, где происходит дополнительное удаление остатков свободной влаги, тем самым снижая влажность твердой фракции до 68–76%.

Общий вид технологической линии показан на рисунке 4.19.

word image 212 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.19 – Общий вид линии переработки осадков навозных стоков

с использованием напорной флотационной установки (1) и ленточного

вакуум-фильтра (2) на свинокомплексе мощностью 54 тыс. голов в год

Технико-эксплуатационные показатели работы ленточного вакуум-фильтра представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Техническая характеристика ленточного вакуум-фильтра

и вспомогательного оборудования

Наименование Показатели
1. Ленточный вакуум-фильтр
Тип стационарный
Управление дистанционное
Привод электрический
Мощность электродвигателя, кВт 3,0
Вариатор ВЦ-32-101-08
Редуктор ГТ-V
Рабочая ширина ленты, м 0,5
Длина вакуум-камеры, м 3,2
Диаметр барабана, м 0,8
Масса вакуум-фильтра, кг 3410
2. Ресивер
Объем, м3 0,4
Диаметр, м 0,6
Контроль уровня фильтрата

в ресивере

датчики верхнего и нижнего

уровней игольчатого типа

3. Вакуум-насос
Марка ВВН-6
Управление дистанционное
Потребляемая мощность, кВт при

вакууме 70% от барометрического

давления

13,0
Производительность, м3/с при вакууме 70% от барометрического давления 0,1

Результаты производственной проверки вакуум-фильтра приведены
в таблице 4.3.

Таблица 4.3 – Результаты производственной проверки ленточного вакуум-фильтра на обезвоживании осадков после тонкослойного отстойника и напорной флотационной установки

Показатели Осадки

после тонко-слойного

отстойника

Осадки

после напорной

флотационной

установки

Производительность, м32с 0,0006–0,0008 0,0004–0,0007
Удельная потребляемая мощность, кВтч/м3м 0,553–0,691 0,474–1,037
Влажность, %:
– осадка 94,70–95,90 98,40–98,80
– фильтрата 98,40–99,05 99,18–99,35
– твердой фракции 69,12–74,14 79,85–68,32
Количество взвешенных веществ, г/л:
– в осадке 47,18–38,65 13,98–8,20
– в фильтрате 15,56–7,68 7,01–3,22
Степень обезвоживания, % 65,00–76,80 65,00–82,00
Скорость движения

фильтровальной перегородки, м/с

0,033–0,167 0,033–0,167
Рациональный вакуум, кПа:
– в зоне фильтрования 65 50
– в зоне просушки 55 50
Материал фильтровальной

перегородки

Ткань фильтровальная, арт. 56207
Ширина фильтровальной

перегородки, м

0,5 0,5
Регенерация фильтровальной

ткани

Водой
Расход промывочной жидкости, м3 0,14410-4 0,14410-4

Из таблицы 4.3 видно, что наивысшая влажность фильтрата получена при обезвоживании осадков от напорной флотационной установки.

Обобщенные данные по составу физико-химических показателей переработки стоков (на примере свиноводческого комплекса) представлены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 – Обобщенные данные по изменению физико-химических

показателей переработки стоков свиноводческих комплексов в зависимости

от применения технологических показателей

Наименование

показателей

Исходные

данные по стокам

Технологии переработки
Механическая очистка (мобильная установка + тонкослойный

отстойник)

Биологическая очистка (напорный флотатор + ленточный вакуум-фильтр) Биологическая

доочистка (подача БАД + окислитель)

Обеззараживание

в биопрудах

(ПДК для орошения)

рН 6,4 6,4 7,5–8,5 7,5–8,0 7,5–8,0
Наличие взвешенных веществ, мг/л 20997 16934 340 25 0,3
ХПК, мг/л 16685 15435 55 25 1,0
БПК5, мг/л 11170 10090 35 10 0,3
Азот аммонийный, мг/л 2200 2200 100 100 0,05
Фосфаты, мг/л 300 271 28 28 0,01

Из представленных данных видно, что при использовании рекомендуемых технологий переработки стоков свинокомплексов наличие взвешенных веществ снижается с 20997 до 0,3 мг/л, химическая потребность в кис-лороде (ХПК) изменяется от 16685 до 1,0 мг/л, биологическая потребность в кислороде (БПК5) – от 11170 до 0,3 мг/л, азот аммонийный – от 2200 до
0,5 мг/л, фосфаты – от 300 до 0,01 мг/л. Полученные показатели стоков для орошения пастбищ являются безопасными для окружающей среды и способствуют выращиванию кормов с ориентацией на производство экологической продукции.

Полученная в результате реализации ускоренной биотехнологии переработки жидкого навоза осветленная жидкость используется для орошения пастбищ согласно схеме, представленной на рисунке 5.5.

4.2. Разработка новых технологических и технических решений для подготовки навоза животноводческих ферм в качестве органических удобрений для внесения на поля при выращивании кормовых культур

Из результатов представленных выше исследований видно, что перспективным направлением является производство концентрированных органических удобрений (КОУ) на основе твердого (подстилочного) навоза и твердой фракции после механического разделения жидкого навоза. Из известных в мире более 50 видов КОУ на юге России нашли применение биогумус и суперудобрение марки «Агровит-Кор». Отличительной особенностью КОУ от других видов удобрений является наличие в них относительно высокой концентрации питательных веществ (азота, фосфора, калия, органического вещества), экологическая безопасность (отсутствие наличия тяжелых металлов, пестицидов) малые дозы их внесения (от 1,0 до 10 т/га). Сравнительная характеристика разных видов удобрений приведена в таблице 4.5.

Таблица 4.5 – Сравнительная характеристика различных видов

органических удобрений

Показатели Твердое

органическое удобрение (ТОУ)

Куриный помет Компост Био-гумус Супер-удобрение
Органическое вещество, % 18–20 40–45 18–25 20–30 50–60
Вода, % 70–80 50–55 60–70 40–75 25–35
Семена сорняков, шт./кг 1000–7000 100–1000 есть могут быть нет
Яйца гельминтов, шт./кг 100–1000 100–1000 есть могут быть нет
Болезнетворные возбудители есть есть есть могут быть нет
Пестициды могут

быть

могут

быть

могут

быть

могут быть нет
Удобрительный эффект в условных единицах 1 3–4 1–1,5 8–12 30–50
Последействие, лет 3–4 2–3 3–4 3–4 4–5

В настоящее время разработаны варианты инновационной технологии производства твердых КОУ методом ускоренного компостирования с применением биологически активной α-добавки (БАД).

Принципиальную основу добавки составляют микроскопические системы центров почвообразования (ЦПО), придающее ему уникальные свойства. Микросистема ЦПО представляет собой динамически равновесное полифункциональное надмолекулярное гетерогенное образование. В почвенном покрове присутствуют ЦПО первого порядка α-вида (ЦПО-α), ЦПО второго порядка β-вида (ЦПО-β) и ЦПО третьего порядка γ-вида (ЦПО-γ). В естественных условиях каждый из этих видов ЦПО представлен большим разнообразием форм (разновидностями). В природе эти ЦПО в течение многих лет сомоорганизовываются по матричному принципу сборки в соподчиненные макронадмолекулярные системы (МНС). Ядро МНС образует ЦПО α-вида, вокруг формируется ЦПО β-вида (средняя прослойка). На периферии находится ЦПО γ-вида (внешняя рыхлая оболочка). Каждый тип почв содержит определенный специфический набор МНС. Например, МНС черноземов строго специфичен количественным соотношением структурных единиц – одна единица ЦПО α-вида ядра может комплементарно связываться (объединяться) только с определенным количеством ЦПО β-вида. В свою очередь, последние образуют разнообразные связи с ЦПО γ-вида. Более того, каждый тип почв имеет строгий и специфический набор информационных матриц структурных единиц, составляющих их МНС – материнская матрица ЦПО
α-вида и вторичная ЦПО β-вида чернозема отличается от аналогичных образований каштановых и других почв.

Установлено, что все виды ЦПО активно могут функционировать относительно автономно или в составе МНС только при наличии органического вещества (ОВ). При недостатке ОВ структурная организация МНС начинает рушиться. Вначале элиминируются структурные единицы внешней оболочки МНС–ЦПО γ-вида; полупериод жизни этих образований от нескольких лет до 15 лет. Затем, перестраивается или прекращает функционировать средняя прослойка МНС–ЦПО β-вида; полупериод распада их от нескольких десятков до тысячи лет. Ядро МНС, состоящее из ЦПО α-вида, сохраняет свою активность в течение нескольких десятков тысяч лет за счет внутренних запа­сов ОВ и самоорганизации.

Различные искусственные виды ЦПО, входящие в состав суперудобрений, попадая в почвенную среду или материнскую породу начинают активно функционировать и тем самым мобилизуется потенциальное плодородие, при этом изменяются основные агротехнические, физико-химические параметры почвы (породы), при которых создаются оптимальные условия для жизнедеятельности растений формируется оптимальный микробиоценоз.

Активность МНС и составляющих их ЦПО изменяется во времени. Полный (годовой) цикл состоит из трех стадий, которые можно соотнести с периодами года и фазами развития озимых культур. Первая стадия – осенне-зимняя (всходы – кущение озимых культур). Вторая – весенне-летняя (выход в трубку – начало стеблевания). Третья стадия – летняя (колошение – полная спелость). Основным субстратом для МНС служат отмершие остатки растений и микроорганизмов, а также продукты их жизнедеятельности (экзометоболиты). Все эти три стадии функционирования МНС являются основными (доминирующими) процессами генезиса почв (материнской породы), которые определяют агрохимический фон и гумусное состояние природных почв и почв агроценозов.

Многолетние испытания и изучение свойства компоста (суперудобний) проводились в основном в черноземной зоне на выращивании твердых и сильных пшениц (Северо-Кавказкий регион).

Трехстадийный характер функционирования ЦПО даже при неблагоприятных условиях обеспечивает высокую надежность потребительских, удобрительных и почвообразовательных свойств компоста.

Установлено, что при дозах 0,5–12 т/га эти три стадии функционирования ЦПО создают высокий агрохимический фон на уровне или выше парового поля для формирования гарантийного урожая текущего года и нескольких лет последействия. При этом всегда обеспечивается положительный баланс гумуса.

Например, при однократном внесении в пахотный слой чернозема
0,5 т/га или 3 т/га компоста под культуры (пшеница, ячмень, кукуруза, картофель и овощные) резко укоряются процессы почвообразования – содер-жание гумуса в течение нескольких лет возрастает до 7,2–9,6 т/га и
12,5–22,6 т/га соответственно. При этом возрастает содержание питательных
веществ. В год внесения компоста, например, обменного калия в слое 0–4 см дополнительно (по сравнению с контролем) накапливается до 250–280 кг/га, сумма минерального азота возрастает до 130–150 кг/га. Этот агрохимический фон позволяет при благоприятных климатических условиях на второй год получать дополнительную прибавку зерна 20–25 ц/га.

Таким образом, при помощи нового препарата решается одна из основных проблем сельского хозяйства – получение высоких урожаев на фоне
бездефицитного баланса гумуса. Причем, ежегодно возрастает как содер-жание гумуса, так и агрохимический фон почвы, создавая реальную предпосылку для восстановления плодородия почв и воспроизводства земельных ресурсов [80–82].

При помощи уникальных свойств компоста можно получать самую низкую по себестоимости сельхозпродукцию (зерно, картофель, овощи и т.д.). Это обусловлено тем, что высокая активность искусственных ЦПО сохраняется в почвенной среде на протяжении нескольких лет (в лабораторных экспериментах с 1983 года и до настоящего времени, а в полевых условия – уже пять лет). Именно это и служит гарантией высоких удобрительных и почвообразовательных эффектов компоста впоследствии. Например, при дозе 0,5–1,0 т/га компост обеспечивает прибавку урожая зерновых, равную или выше минеральных удобрений в первом году применения и равный урожай на второй год (последействия), т.е. общая прибавка урожая от компоста по сравнению с использованием туков будет в 2,0–2,5 раза выше. При дозе
1–2 т/га компост обеспечивает высокий урожай в течение трех лет (в год внесения и два года последействия). Доза 2–3 т/га компоста позволяет получать высокую прибавку зерновых культур в прямом действии (в год внесения) и 3–4 года последействия.

Технологический процесс ускоренного компостирования твердых органических отходов заключается в следующем.

На бетонированную площадку укладывается слой навоза высотой более 0,5 м. На слой навоза подается α-добавка (БАД) в количестве 5% от массы навоза и смесь перемешивается в течение суток через 12 часов. После первых двух перемешиваний на компостную смесь укладывается дополнительно слой подстилочного навоза, таким образом, чтобы общая высота бурта не превышала 1,5 м. При этом в сформированный бурт дополнительный объем α-добавки и далее производится процесс перемешивания компонентов с 12-часовым интервалом в течение 3–4 суток. Конечной целью процесса является равномерное распределение α-добавки в объеме навоза, что значительно ускоряет процесс нагрева биомассы до 70 оС и создает условия полного обеззараживания бурта. Ширина и высота бурта определяются рабочими параметрами самоходного ворошителя и составляют, соответственно,
2,5 м и 1,5 м.

Производство твердых КОУ производится на открытых площадках и площадках закрытого типа (в зимних условиях) (рис. 4.20–4.22).

Описание: открытая площадка

Рисунок 4.20 – Перебуртовка штабеля навоза КРС на открытой площадке

с применением самоходного ворошителя СВБ–16.30

Описание: закрытая площадка

а – перебуртовка

word image 213 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

б – общий вид буртов

Рисунок 4.21 – Производство твердых КОУ

на площадке закрытого типа

word image 214 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

а

word image 18 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

б

а – распределение буртов на поле; б – ворошение буртов

Рисунок 4.22 – Общий вид буртов при производстве твердых

КОУ в полевых условиях

Схема биотехнологии ускоренной переработки твердых органических отходов в органическое удобрение для использования при выращивании кормовых культур представлена на рисунке 4.23.

word image 215 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.23 – Схема биотехнологии ускоренной переработки

органических отходов в КОУ для удобрения полей

при выращивании кормовых культур

Технологии применения твердых КОУ предусматривают их поверхностное и внутрипочвенное внесение.

4.2.1 Технические средства для поверхностного внесения

твердых КОУ

Отличительной особенностью концентрированных органических удобрений (КОУ) являются их малые дозы внесения (от 1 до 10 т/га). Технологии их внесения аналогичны технологиям внесения ТОУ: поверхностное под
основную обработку и в подкормку, внесение одновременно с посевом

пропашных культур, в подкормку при междурядной обработке посевов [9]. Однако серийно выпускаемые средства для внесения ТОУ не позволяют качественно вносить КОУ с малыми дозами внесения, так как и рабочие органы не адаптированы к физико-механическим свойствам концентрированных органических удобрений и не определены режимные параметры их внесения. Поэтому адаптация серийно выпускаемых машин для внесения ТОУ применительно к внесению КОУ требует дополнительных перенастроек их режимных и технологических параметров.

Анализ машин и оборудования для поверхностного внесения КОУ
показал следующее.

Известно бункерное устройство, устанавливаемое на сеялки типа аппарата Шлера для внесения трудносыпучих материалов [83]. Недостатком такого оборудования является низкая надежность технологического процесса внесения удобрений и высокая неравномерность их распределения по поверхности почвы.

Во ВНИПТИМЭСХ совместно с АЧГАА (г. Зерноград) разработано бункерное устройство с подвижной стенкой и механизмом привода, а также пневматическим выгрузным рабочим органом [84] (рис. 4.24).

Передняя стенка установлена на расстоянии от подвижной стенки, образуя выгрузную щель для подачи удобрений на скатную доску. Скатная доска имеет ребристую поверхность, обеспечивающую равномерное распределение удобрений по поверхности поля независимо от изменения рельефа. Пневматический выгрузной рабочий орган перемещается синхронно с подвижной стенкой. Его отверстия установлены на уровне верхней линии подвижной стенки.

На выгрузном рабочем органе установлены клапаны, которые, соприкасаясь с удобрением, открывают отверстия для подачи сжатого воздуха.

word image 19 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

1 – корпус; 2 – стенка подвижная; 3 – рабочий орган для подачи воздуха;

4 – дефлектор; 5 – стенка корпуса передняя; 6 – щель выгрузная;

7 – доска скатная; 8 – механизм привода

Рисунок 4.24 – Схема бункерного устройства для поверхностного внесения концентрированных органических удобрений

Бункерное устройство работает следующим образом. После загрузки удобрения в бункер включается механизм привода, начинают синхронно опускаться подвижная стенка и выгрузной рабочий орган с дефлектором. Клапаны выгрузного рабочего органа соприкасаются с удобрениями и
открывают отверстия выгрузного рабочего органа, через которые подается сжатый воздух. Воздушный поток захватывает частицы удобрений с поверхности бункера и направляет их в выгрузную щель. Частицы удобрений попадают на скатную доску и далее распределяются равномерно по поверхности поля перед сошниками сеялки.

Когда выгрузной рабочий орган и подвижная стенка достигают нижнего положения, механизм привода отключается, и они возвращаются в исходное положение. При этом под действием пружин клапаны закрывают отверстия выгрузного рабочего органа, и подача воздуха прекращается.

Разработанное бункерное устройство к сельхозмашинам не оказывает отрицательного влияния на окружающую среду, так как является составной частью серийно выпускаемых технологических машин и обеспечивает
поверхностное распределение КОУ по полю с одновременной их заделкой
в почву сошниками.

В качестве базы для создания технического средства, обеспечивающего поверхностное внесение КОУ, использованы машины типа РУМ (МВУ).

Учеными ВНИПТИМЭСХ совместно с АЧГАА разработана машина на базе РУМ-8, отличительной особенностью которой является совмещение центробежного разброса с пневматическим (рис. 4.25) [9].

word image 216 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

1 – кузов машины; 2 – вентилятор высоконапорный; 3 – воздуховод;

4 – транспортер донный; 5 – диск центробежный; 6 – заслонка регулировочная

Рисунок 4.25 – Схема внесения КОУ на базе РУМ-8 конструкции

ВНИПТИМЭСХ-АЧГАА

Технологический процесс протекает следующим образом. В процессе работы концентрированные органические удобрения донным транспортером подаются на выгрузку, где на выходе из бункера делятся на три потока. Первый поток подается на центробежный ротор, которым удобрение разбрасывается по сектору симметрично оси движения агрегата. Второй и третий потоки подхватываются воздухом и распределяются влево и вправо по ходу движения агрегата.

Общий вид машины показан на рисунках 4.26 и 4.27.

word image 217 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.26 – Общий вид машины для поверхностного внесения КОУ

с пневмоцентробежным разбрасывающим органом в составе агрегата

word image 218 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.27 – Машина для поверхностного внесения КОУ

с ветрозащитным устройством

С целью повышения надежности технологического процесса и качества распределения удобрений проведена модернизация разбрасывателя с пневмоцентробежным распределяющим рабочим органом.

Для повышения надежности технологического процесса, направленной на ликвидацию сводов в кузове машины, предлагается установка гидроцилиндров по бокам стенок кузова (рис. 4.28) [85].

word image 20 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

1 – ходовая система; 2 – кузов; 3 – стенка боковая подвижная; 4 – транспортер донный;

5 – туконаправитель; 6 – гидроцилиндр; 7 – устройство дозирующее; 8 – устройство

рассеивающее; 9 – шарнир; 10 – салазки направляющие

Рисунок 4.28 – Схема разбрасывателя твердых КОУ

В процессе выгрузки удобрений с разными углами схода частиц и физико-механическими свойствами гидроцилиндры обеспечивают равномерность и синхронность изменения угла наклона боковых стенок относительно днища кузова, обеспечивая тем самым непрерывную подачу удобрений на донный транспортер.

Разбрасыватель минеральных и концентрированных органических удобрений включает в себя ходовую систему 1 (см. рис. 4.28) с установленным на ней кузовом 2 с двумя боковыми подвижными стенками 3, донным транспортером 4 и туконаправителями 5, четыре гидроцилиндра 6, дозирующее устройство 7 и рассеивающие устройства 8. Каждая боковая подвижная стенка 3 закреплена в нижней части при помощи шарниров 9. В средней части (по длине) боковых подвижных стенок 3 установлены гидроцилиндры 6, посредством которых по направляющим салазкам 10, расположенным на
передней и задней стенках кузова 2,обеспечивается возможность изменения угла наклона боковых подвижных стенок 3 до вертикального положения.

Разбрасыватель концентрированных органических удобрений работает следующим образом.

Удобрения загружаются в кузов (см. рис. 4.28) и дозирующее устройство устанавливается в положение, обеспечивающее подачу транспортером необходимых доз удобрений на рассеивающие устройства через туконаправители. При движении агрегата по полю при включенном ВОМ удобрения из кузова через дозирующее устройство транспортером направляется в туконаправители, где распределяясь на два потока, попадают на рассеивающие устройства центробежного типа, которые распределяют их по поверхности почвы. При уменьшении массы удобрений в кузове до 0,5 объема кузова посредством гидроцилиндров боковые стенки перемещаются по направляющим салазкам до вертикального положения, обеспечивая полную выгрузку из кузова удобрений.

По окончании выгрузки боковые стенки посредством гидроцилиндров возвращаются в исходное положение.

Для повышения качества распределения КОУ предложена доработка технологической машины (рис. 4.29, 4.30) [86].

Разбрасыватель концентрированных органических удобрений включает в себя ходовую систему 1 (см. рис. 4.29) с установленным на ней кузовом 2 с двумя боковыми подвижными стенками 3, донный транспортер 4 и туко-направитель 5 , гидроцилиндры 6, дозирующее устройство 7 и рассеивающие устройства в виде центробежного диска 8. Каждая боковая подвижная стенка 3 закреплена в нижней части при помощи шарниров 9.

В средней части (по длине) боковых подвижных стенок 3установлены гидроцилиндры 6, посредством которых по направляющим салазкам 10,

расположенных на передней и задней стенках кузова 2, обеспечивается возможность изменения угла наклона боковых подвижных стенок 3 до вертикального положения.

word image 21 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

1 – ходовая система; 2 – кузов; 3 – стенка боковая подвижная; 4 – транспортер донный;

5 – туконаправитель; 6, 16, 17 – гидроцилиндр; 7 – устройство дозирующее;

8 – устройство рассеивающее; 9 – шарнир; 10 – салазки направляющие; 11 – вентилятор; 12 – воздуховод; 13 – устройство поворотное; 14 – насадка; 15 – заслонка регулировочная; 18 – рычаг включающий

Рисунок 4.29 – Схема процесса внесения твердых КОУ

word image 22 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.30 – Схема изменения угла наклона насадок

(обозначения см. на рис. 4.29)

В боковинах кузова установлены два вентилятора 11 с поворотными устройствами 13, закрепленными между воздуховодами 12 и насадками 14 воздуховодов 12, а также телескопическое устройство, включающее рычаги 18 (см. рис. 4.30) и гидроцилиндр 17. Насадки 14 выполнены с регулировочными заслонками 15 с возможностью изменения их угла наклона посредством гидроцилиндров 16.

Разбрасыватель концентрированных органических удобрений работает следующим образом.

Удобрения загружаются в кузов (см. рис. 4.29), дозирующее устройство устанавливается в положение, обеспечивающее подачу донным транспортером заданных доз удобрений на рассеивающее устройство в виде центробежного диска и к насадкам через туконаправитель.

При движении агрегата по полю, при включенном вале отбора мощности (ВОМ) удобрения из кузова через дозирующее устройство донным транспортером тремя потоками по разделителю направляются в туконаправитель, а затем подается на рассеивающее устройство в виде центробежного диска и к насадкам. В зависимости от выбранной ширины разбрасывания удобрений поворотные устройства устанавливаются на необходимый угол наклона насадок к поверхности поля, посредством телескопического устройства (см. рис. 4.30), включающего гидроцилиндр и рычаги. Регулировочные заслонки установлены в нижней части насадок под углом к их основанию с возможностью изменения угла наклона гидроцилиндрами, что обеспечивает требуемую равномерность внесения удобрения на поверхность поля.

Данные по определению доз внесения твердых КОУ предложенной машиной представлены в таблице 4.5.

Технико-эксплуатационные показатели машины представлены в таб-лице 4.6.

Таблица 4.5 – Определение технологических параметров машины для

малообъемного поверхностного внесения твердых КОУ

Скорость движения агрегата, км/ч Высота

открытия задвижки, м

Плотность КОУ, т/м3 Доза внесения КОУ, т/га
7,24 Скорость данного транспортера 0,15 м/с
0,03 0,6 0,96
0,04 1,28
0,06 1,91
0,08 2,55
0,10 3,19
0,12 3,83
8,9 0,03 0,6 0,78
0,04 1,04
0,06 1,56
0,08 2,08
0,10 2,60
0,12 3,11
12,33 0,03 0,6 0,49
0,04 0,75
0,06 1,2
0,08 1,50
0,10 1,87
0,12 2,24
10,54 Скорость данного транспортера 0,47 м/с
0,03 0,6 2,06
0,04 2,74
0,06 4,11
0,08 5,48
0,10 6,86
0,12 8,22
12,33 0,03 0,7 2,05
0,04 2,64
0,06 4,10
0,08 5,47
0,10 6,83
0,12 8,20

Таблица 4.6 – Технико-эксплуатационные показатели машины на базе РУМ-5

для поверхностного внесения КОУ

Наименование Значение
Тип машины прицепная
Агрегатируется трактор кл. 1,6
Грузоподъемность, т от 2,5 до 3,5
Рабочая ширина внесения, м 8,0
Дозы внесения, т/га от 0,2 до 12,0
Производительность агрегата за

1 час основного времени, т

от 5,2 до 12,0

4.2.2 Технические средства для внутрипочвенного внесения

твердых КОУ

Машины и оборудование для внутрипочвенного внесения концентрированных органических удобрений.

Для внутрипочвенного внесения КОУ во ВНИПТИМЭСХ совместно с АЧГАА разработаны туковые ящики к пропашным сеялкам и культиваторам- растениепитателям, особенностью которых является надежность технологических процессов выгрузки удобрений за счет исключения уплотнения трудносыпучей массы [87].

Указанный результат достигается тем, что корпус имеет наклонно
расположенные боковые стенки, а устройство для разрушения сводов выполнено из вала, на котором закреплены сводоразрушающие пластины и ролики для взаимодействия с закрепленным на конце вала шнека кулачком для
обеспечения преобразования вращательного движения вала шнека в возвратно-поступательное перемещение устройства для разрушения сводов (рис. 4.31).

Бункерное устройство включает корпус с наклонно установленными боковыми стенками с верхним загрузочным окном. В нижней части корпуса расположен шнек с левой и правой навивками спирали, два выгрузных патрубка и устройство для разрушения сводов.

На одном конце вала выгрузного шнека установлен приводной вал, а на другом конце – кулачек, который через ролики ограничителей соединен с валом устройства для разрушения сводов с вертикально расположенными сводоразрушающими пластинами.

word image 219 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

1 – корпус; 2 – загрузочное окно; 3 – шнек с левой и правой навивками спиралей;

4 – выгрузные патрубки; 5 – вал выгрузного шнека; 6 – приводной вал; 7 – кулачек;

8 – ролик; 9 – ограничитель; 10 – вал сводоразрушающего устройства;

11 – сводоразрушающие пластины

Рисунок 4.31 – Схема бункерного устройства

для внутрипочвенного внесения КОУ

Бункерное устройство работает следующим образом.

После загрузки КОУ в корпус, посредством приводного вала передается вращение выгрузному шнеку, который транспортирует материал к выгрузным патрубкам. При этом закрепленный на валу шнека кулачек, вращаясь, воздействует на ограничители через ролики, преобразовывая вращательное движение вала в возвратно-поступательное перемещение пластин сводоразрушающего устройства. Пластины, постоянно воздействуя на материал над выгрузным неком, препятствуют образованию сводов в надшнековом пространстве, обеспечивая тем самым беспрепятственный сход материала по наклонным боковым стенкам корпуса в направлении выгрузного шнека.
За один оборот вала шнека кулачек перемещает поступательно пластины на расстояние, равное ширине кулачка. Конструкция стенок бункерного устройства в сочетании с кинематикой движения пластин исключает зависание материала на стенках бункера.

Благодаря синхронной работе выгрузного шнека и сводообразующих пластин, обеспечиваются равномерная подача материала в межвитковое пространство выгрузного шнека, который дозировано выгружает удобрения, и высокая надежность технологического процесса.

Общий вид бункерного устройства представлен на рисунке 4.32, сводоразрушающего устройства – на рисунке 4.33.

word image 220 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.32 – Общий вид бункерного устройства с приводом

для внутрипочвенного внесения КОУ

word image 221 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.33 – Общий вид сводоразрушающего устройства

На основе проведенных исследований построена номограмма для определения технологических параметров оборудования для внесения КОУ пропашными сеялками и культиваторами-растениепитателями (рис. 4.34).

Из номограммы видно, что с увеличением передаточного отношения на привод вала шнека выгрузного устройства туковых ящиков доза удобрений, вносимых в рядок, растет, принимая значения от 297 до 4237 кг/га. При этом чем выше плотность удобрений, тем больше доза их внесения. Одновременно с увеличением передаточного отношения растет и общая доза вносимых удобрений (Д2). Наименьшее значение Д2 = 8,5 кг/га для СУПН-8 и 17,0 кг/га для КРН-5,6. Наибольшее значение Д2 для СУПН-8 – 121,0 кг/га, для
КРН-5,6 – 242 кг/га. Площадь удобрений (за одну заправку туковых ящиков), вносимых агрегатами с увеличением их дозы, уменьшается от 13,2 до 1,3 га.

Задаваясь дозой, необходимой для внесения концентрированных удобрений (например, рядок Д1= 600 кг/га), выбираем передаточное отношение
i = 0,126 (ρу = 700 кг/м3), или i = 0,151(ρу – 600 кг/м3), или i = 0,180( ρу =
500 кг/м3) (см. рис. 4.34).

При этом доза вносимых удобрений на гектар посевной площади Д2 составляет для СУПН-8 17,5 кг, для КРН-5,6 – 35 кг. Одновременно определяем исходя из плотности вносимых удобрений, что за одну загрузку туковых ящиков можно обработать от 11,2 до 12,3 га.

Номограмма позволяет определить технологические параметры агрегата, задаваясь передаточным отношением на привод рабочих органов туковых ящиков базовых машин.

Например, приняв i = 0,353, можем, в зависимости от плотности удобрений, внести в рядок от 1120 до 1630 кг/га, что будет соответствовать дозе на гектар посевной площади для СУПН-8 от 32 до 44 кг, для КРН-5,6 – от 64 до 88 кг.

word image 222 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

1 – ρу=500 кг/м3; 2 – ρу=600 кг/м3; 3 – ρу=700 кг/м3

Рисунок 4.34 – Номограмма для определения технологических

параметров агрегатов на базе СУПН-8 и КРН-5,6 для внесения КОУ

Производственная проверка оборудования для внутрипочвенного внесения концентрированных органических удобрений проводилась в хозяйствах Ростовской области одновременно с посевом кукурузы на зерно и подсолнечника СУПН-8 (рис. 4.35) и в подкормку с использованием КРН-5,6 (рис. 4.36).Полученные результаты позволяют рекомендовать оборудование к широкому внедрению [88].

word image 223 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.35 – Общий вид агрегата на базе СУПН-8

word image 224 Разработка ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм для орошения и удобрения пастбищ и полей для кормовых культур

Рисунок 4.36 – Общий вид агрегата на базе КРН-5,6

Таким образом, исходя из физико-механических свойств жидкого, полужидкого и твердого навоза, а также полученных на их основе органических удобрений, исследованы конструкции рабочих органов машин и оборудования, получены их конструктивные и режимные параметры. Широкая производственная проверка машин и оборудования для производства и применения органических удобрений позволяет рекомендовать их для внедрения в типовых севооборотах Северо-Кавказского региона, что положительно скажется на плодородии почв и получении дополнительных объемов выращиваемых сельскохозяйственных культур с учетом агроэкономических и экологических требований.

Выводы по главе

1. Разработаны новые технологические решения по подготовке стоков для орошения пастбищ. В основу биотехнологии ускоренной подготовки стоков и жидкого навоза положены принципы механического разделения их на фракции с последующей подготовкой жидких КОУ с применением БАД, что ускоряет процессы их подготовки в значительно меньшие сроки, чем по традиционным технологиям. Для реализации биотехнологии разработаны и частично внедрены технические средства и машины, основными из которых являются: стационарный растворный узел для переработки стоков; мобильный агрегат с автономной системой перемешивания компонентов и одновременным внесением; технологическая линия для тонкой очистки жидкого навоза с получением жидкой фракции влажностью более 99%, состоящая из мобильной установки для разделения навоза на фракции, тонкослойного отстойника, напорной флотационной установки, ленточного вакуум-фильтра.

Применительно к переработке стоков свиноводческих предприятий конечные физико-химические показатели составляют при рН 7,5–8,0: наличие взвешенных веществ 0,3 мг/л, ХПК 1,0 мг/л, БПК5 0,3 мг/л, азот аммонийный 0,5 мг/л, фосфаты 0,01 мг/л, что соответствует ПДК и может использоваться для орошения пастбищ.

2. Новым технологическим решением при переработке твердого навоза и твердой фракции является метод ускоренного компостирования компонентов с использованием БАД. Определены режимные и технологические параметры процесса, позволяющие в течение 7–12 суток готовить твердые КОУ, которые вносятся с дозой 1,0–4,0 т/га.

Разработан и внедрен разбрасыватель на базе машин РУМ (МВУ) с пневмоцентробежным распределяющим рабочим органом, позволяющим вносить заданные дозы на рабочую ширину внесения 8 м с высоким качеством их распределения по ширине и ходу движения агрегата (равномерность внесения более 90%). Для повышения надежности технологического процесса (удаления сводов) доработана конструкция кузова технологической машины.

Для внутрипочвенного внесения разработана принципиально новая конструкция туковых ящиков со сводоразрушающим устройством, которое устанавливается на пропашные сеялки СУПН-8 и культиваторы-растение-питатели КРН-4,6.

3. Разработаны системы ускоренного обеззараживания стоков и жидкого навоза с использованием ветроротора Савониуса, который позволяет ускорить процессы аэробного окисления с помощью возобновляемого источника энергии – энергии ветра. При этом глубина перемешивания смеси достигает до 2,5–3,0 м при частоте вращения лопаток 132 мин-1 при площади ветролопастей 4 м2 (4 штуки на 1 м2).

5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ УСКОРЕННОЙ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ СТОКОВ И НАВОЗА ДЛЯ КАЧЕСТВЕННОГО ОРОШЕНИЯ ПАСТБИЩ И УДОБРЕНИЯ ПОЛЕЙ ДЛЯ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР В ЗАМКНУТОМ ЦИКЛЕ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА

Оросительная мелиорация является наиболее водоемкой отраслью сельского хозяйства и служит гарантом получения высоких урожаев экологически безопасной сельскохозяйственной продукции в условиях засушливых зон Юга России. Однако крайне неблагоприятная экологическая обстановка не только в сфере водопользования, но и на орошаемых полях приобретает характер техногенной катастрофы. При этом работа дренажа в контуре влияния оросительных систем превращает весь комплекс сооружений в своеобразное «предприятие» по производству огромного количества загрязнителей, которые поступают в поверхностные и подземные водные объекты. Качество природной воды, забираемой на полив, низкое из-за контакта со сточными водами населенных пунктов, различных предприятий.

Оросительные системы в настоящее время не оборудованы устройствами для водоподготовки в связи с несовершенством и дороговизной. При этом Водный кодекс Российской Федерации запрещает сброс неочищенных сточных вод в водные объекты.

Таким образом, функционирование оросительных систем и систем дренажа, не оборудованных очистными сооружениями и специальным оборудованием, оказалось вне правового поля.

Основным поставщиком воды для мелиорации (более 80%) в Ростовской области является р. Дон. В 2020 г. р. Дон обмелела до критического уровня (до перехода её вброд). Одной из основных причин является малопродуктивный забор воды для орошения сельскохозяйственных угодий через систему земляных каналов, что способствует значительным потерям дефицитной воды.

В связи с возрастающим дефицитом водных ресурсов и развитием животноводства на первый план выходит решение задач: обеспечение кормовой базы для животных и утилизация стоков и навоза животноводческих предприятий. В Ростовской области производится ежегодно более 3,2 млн. тонн органических отходов различной консистенции. Использование органических отходов для орошения пастбищ и удобрения полей под кормовые культуры позволит на 15–25% увеличить количество производимых кормов и повысить рентабельность животноводства.

5.1 Состав и характеристика технических средств рекомендуемой ускоренной биотехнологической подготовки стоков и навоза для орошения пастбищ и удобрения полей под кормовые культуры

Выбор ускоренной биотехнологии и технических средств для её реализации зависит от влажности перерабатываемых органических отходов (стоки, жидкий навоз, подстилочный навоз), анализ которых подробно описан в предыдущих главах данного исследования.

Комплекс машин для производства жидких и твердых КОУ представлен в таблицах 5.1 и 5.2.

Таблица 5.1 – Комплекс машин для ускоренного производства жидких КОУ

Вид

операции

Марка машины

и этапы

производства

Краткая характеристика машины и оборудования Характеристика продукта
1 2 3 4
Переработка жидкого

навоза

(вариант I)

Стационарный раствор-ный узел с системой емкостей, трубопроводов и насосов Зависит от объема цистерн и их количества.

Не менее 60 м3

Жидкий навоз

W = 93–95%

1. Подача жидких БАД: насос с системой трубопроводов Qнас ≥ 10 м3 Жидкий раствор БАД, W = 95%. Доза 5% от объема ЖН
2. Подача твердых БАД:

подъемное устройство

Обеспечение подъема порции БАД

на высоту от 3 м

Гранулы.

Доза 5% от

объема ЖН

Продолжение таблицы 5.1

1 2 3 4
Переработка жидкого

навоза

(вариант I)

3. Гидравлическое перемешивание компонентов Насосы с системой трубопроводов,

производительно-стью не менее 40 м3

Жидкая смесь

W = 93–95%.

Время перемешивания – 1 час

4. Погрузка жидких КОУ Насосы производительностью

не менее 40 м3

Жидкие КОУ

на орошение

пастбищ

5. Транспортирование и внесение жидких КОУ:

машины для внесения жидких органических удобрений

Емкости машин

от 8 до 20 м3

Жидкие КОУ,

дозы внесения

до 4 м3/га

Переработка жидкого

навоза

(вариант II)

Мобильный агрегат с автономной системой перемешивания и внесения От 8 до 21 м3 Жидкий навоз

W = 93–95%

1. Погрузка ЖН в технологическую емкость:

насосная станция

Производительность насоса не менее

100 м3

Жидкий навоз

W = 93–95%

2. Подача жидкой БАД:

насос с системой трубопроводов

Qнас ≥ 10 м3 Жидкий раствор БАД, W = 99%. Доза 5% от объема ЖН
3. Подача твердых БАД:

подъемное устройство

Обеспечивает подъем порции БАД на высоту от 3 м Гранулы.

Доза 5% от

объема ЖН

4. Перемешивание: в процессе транспортирования за счет системы автономного перемешивания Технологическая

емкость

от 8 до 21 м3

Жидкая смесь

W = 93–95%.

Время перемешивания – 1 час

5. Транспортирование

и внесение: мобильный агрегат

Qагр = 21 м3 Жидкие КОУ

на орошение

пастбищ

Переработка жидкого

навоза

(вариант III)

1. Обеззараживание ЖН: установленный на плавучей платформе в навозохранилище ветроротор Савониуса Глубина перемешивания до 2,5-3,0 м; частота вращения лопаток 132мин-1 при площади ветроротора 4 м2 Жидкий навоз

W = 93–95%

2. Подача жидкого навоза на переработку Насосная станция

Qнас ≥ 10 м3

Жидкий навоз

W = 93–95%

3. Разделение ЖН на фракции: мобильная установка Qуст = 40-60 м3 WЖФ = 98,4%

WТФ = 72–68%

4. Транспортирование ЖФ: насосы по трубопроводам Qнас ≥ 10 м3

в тонкослойном

отстойнике

WЖФ = 98,4%

Таблица 5.2 – Комплекс машин для ускоренного производства твердых КОУ

Вид

операции

Марка машины

и этапы

производства

Краткая характеристика машины и оборудования Характеристика продукта
1 2 3 4
Переработка твердого

навоза и

твердой фракции

навоза

1. Погрузка навоза: наклонные транспортеры, ковшовые погрузчики ТСН-3Б

(наклонная часть);

ПКУ-0,8

WТН = 88–86%

WТФ = 74–70%

2. Транспортирование навоза на прифермское навозохранилище:

мобильные тракторные агрегаты

2ПТС-4 + МТЗ-82

2ПТС-6 + МТЗ-82

WТН = 88–86%

WТФ = 74–70%

3. Формирование буртов: перебуртовщик навоза СВБ–16.30 Производительность 400 м3/ч. Ширина бурта по основанию 2,5 м, высота – 1,5 м WТН = 88–86%

WТФ = 74–70%

4. Внесение БАД:

в жидком виде: агрегат

с ёмкостью и насосом

Qагр = 10 м3 WБАД = 50–55%
5.Периодическое перемешивание компонентов бурта: перебуртовщик

навоза СВБ-16.30

Производительность 400 м3/ч. Периодичность перебуртовки через 12 часов в течение 3-4-х суток WКОУ = 99%

Доза внесения

5% от массы навоза

Окончание таблицы 5.2

1 2 3 4
Переработка твердого на-воза и твердой фракции

навоза

6. Управление процессом созревания бурта: ворошитель буртов с системой автоматического контроля за нагревом бурта Система датчиков на ворошителе для передачи сигналов на монитор трактора WКОУ → 50–55%
Внесение твердых КОУ 7. Погрузка твердых КОУ: ковшовые погрузчики Qагр = 400 т/ч WКОУ → 50–55%
8. Транспортирование и поверхностное внесение:

машина на базе РУМ (МВУ) с пневмоцентробежным распределяющим рабочим органом

Qагр = 19–21 га/ч.

Рабочая ширина

внесения – 8 м

WКОУ = 50–55%.

Доза внесения на поля под кормовые культуры – до 4 т/га

9. Внутрипочвенное внесение твердых КОУ: культиваторы-растениепита-тели КРН-4,2, КРН-5,6 одновременно с посевом кормовых культур СУПН-8 Система датчиков

на ворошителе для передачи сигналов на монитор трактора

WКОУ → 50–55%

5.2 Управление процессом созревания буртов

Перемешивание навоза в буртах осуществляется самоходным ворошителем с установленной на нем системой внесения БАД и контроля параметров [89].

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Навоз транспортируется на площадку для буртования и формируется в бурты при одновременном смешивании с жидкой БАД. Через 4–6 часов производится замер температуры и влажности навоза в начале, середине и конце бурта с одновременным перемешиванием слоев и повторным внесением жидкой БАД. Бортовой компьютер производит анализ полученных результатов замеров. При получении в результате замеров в контрольных точках температуры меньше 65ºС и влажности больше 70% через 8 часов процесс замера и перемешивания повторяется до достижения значений контролируемых показателей. После достижения в контрольных точках значений температуры 65ºС
и влажности менее 70% и выдерживании этих показателей в течение 24 часов процесс компостирования считается завершенным и полученные КОУ готовы к использованию.

Устройство для реализации предлагаемого способа (рис. 5.1) содержит установленную на корпусе самоходного ворошителя буртов неподвижную раму, соединенную со сканирующей рамой и механизмом перемещения рамы. Сканирующая рама вынесена вперед по направлению движения самоходного ворошителя буртов на 2 м, что позволяет сканировать температуру и влажность непосредственно в центре (ядре) навозного бурта. Сканирующая рама состоит из поперечной планки с жестко закрепленными на ней сканирующими стержнями треугольной формы. На каждом сканирующем стержне установлены датчики температуры и датчики влажности (рис. 5.1, А-А), которые в рабочем состоянии при погружении сканирующих стержней в навозный бурт, замеряют температуру и влажность в контрольных точках бурта, схема которых представлена на рисунке 5.2. В качестве датчиков влажности применяются емкостные датчики, которые фиксируют изменение емкости при изменении влажности находящегося между пластинами датчика вещества. Подъем и опускание сканирующей рамы осуществляется с помощью механизма перемещения рамы, расположенного в центре неподвижной рамы. Механизм перемещения рамы (рис. 5.3) состоит из неподвижного стержня с резьбой, нижней частью закрепленного по центру подвижной сканирующей рамы. На неподвижном стержне вращается на опорном подшипнике, установленном на неподвижной раме, шестерня, которая приводится в движение входящей в зацепление с ней шестерней меньшего диаметра, закрепленной на валу реверсивного электродвигателя. Также на сканирующей раме расположены конечный выключатель верхнего положения и конечный выключатель нижнего положения. Для предотвращения перекоса и разворота сканирующей рамы при ее вертикальном перемещении предусмотрены две направляющих, закрепленных на сканирующей раме и проходящих через отверстия в неподвижной раме.

1 – корпус; 2 – неподвижная рама; 3 – рама сканирующая подвижная; 4 – механизм перемещения рамы; 5 – планка поперечная; 6 – стержень сканирующий; 7 – датчик температуры; 8 – датчик влажности; 9 – стержень неподвижный; 10 – подшипник опорный; 11, 12 – шестерня; 13 – ограничитель поворота (см. рис. 5.3): 14, 15 – направляющие;

16, 17 – верхний и нижний телескопические кожухи; 18 – излучатель лазерный;

19 – датчик оптический; 20 – компьютер бортовой; 21, 22 – конечные выключатели верхнего и нижнего положений; 23 – пластина; 24 – емкость; 25 – клапан электромагнитный; 26 – форсунка; 27 – электродвигатель реверсивный

Рисунок 5.1 – Устройство для ускоренного компостирования

органических отходов

Стержень защищен от влаги и пыли верхним и нижним телескопическими кожухами, один из которых при перемещении сканирующей рамки раскрывается, а другой закрывается. На неподвижной раме также закреплена пластина с манжетами из эластичного вещества, лазерный излучатель с одной стороны и оптический датчик приема лазерного луча – с другой. Возле рабочего места оператора ворошителя расположен бортовой компьютер. Система внесения биологически активной добавки содержит емкость, электромагнитный клапан для регулирования доз БАД и форсунки для ее внесения.

Рисунок 5.2 – Схема расположения контрольных точек сканирования

сечения навозного бурта

Рисунок 5.3 – Схема механизма подъема сканирующей рамы

(обозначения см. на рис. 5.1)

Предлагаемое устройство поясняется чертежами. На рисунке 5.1а показан самоходный ворошитель буртов с устройством в транспортном положении. На рисунке 5.1б показан самоходный ворошитель буртов с устройством в положении сканирования температуры и влажности бурта. На рисунке 5.2 показана схема контрольных точек сканирования навозного бурта, на рисунке 5.3 – механизм подъема сканирующей рамы, на рисунке 5.4 – схема прохода ворошителя буртов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Самоходный ворошитель буртов, управляемый оператором, подъезжает к контрольной точке А (см. рис. 5.4) в начале бурта, край которого определяется перекрытием лазерного луча, излучаемого лазерным диодом. Оптический датчик приема лазерного луча передает сигнал о соответствии положения сканирующего устройства контрольной точке замера. Бортовой компьютер, расположенный в кабине оператора, подает сигнал на включение электродвигателя в режим опускания сканирующей рамы. На перемещающем механизме расположены конечный выключатель верхнего положения и конечный выключатель нижнего положения сканирующей рамы, подающие сигнал на бортовой компьютер об остановке механизма перемещения для предотвращения повреждения при движении вверх или заглублении сканирующих стержней ниже контрольных точек при движении вниз. После срабатывания конечного выключателя нижнего положения, бортовой компьютер запускает программу опроса датчиков температуры и влажности. После сохранения полученных значений температуры и влажности, эти параметры привязываются координатно с помощью спутниковой системы связи Global Positionning Sistem. («В будущее с системой «Global Positioning Sistem (GPS). Проспект фирмы «Massey Fergusson») и с координатной привязкой записываются в память бортового компьютера. Бортовой компьютер подает сигнал на запуск вращения электродвигателя в направлении, соответствующем подъему сканирующей рамы. Для очистки сканирующих стержней от остатков налипшего при сканировании навоза с целью исключения погрешностей при измерении, на неподвижной рамке жестко закреплена пластина с манжетами из эластичного вещества. При срабатывании конечного выключателя верхнего положения происходит отключение электродвигателя, и сканирующая рама останавливается. Бортовой компьютер подает сигнал на перемещение самоходного ворошителя буртов к следующей контрольной точке Б (см. рис. 5.4), расстояние до которой определяется координатно с помощью спутниковой системы связи (GPS) и процесс сканирования повторяется. Параллельно, при перемещении к следующей контрольной точке Б, самоходный ворошитель буртов производит перемешивание слоев бурта с повторным его формированием. Завершается процесс сканирования в точке В (см. рис. 5.4). После завершения процесса сканирования с помощью программного обеспечения производится обработка полученных данных с целью определения сроков следующего сканирования и ворошения бурта, а также внесения жидкой БАД.

Ворошитель

Сканирующие

устройство

Бурт

Рисунок 5.4 – Схема прохода ворошителя буртов

После получения результата обработки данных сканирования, самоходный ворошитель буртов разворачивается, подходит к точке В с противоположной стороны бурта и начинает выполнять обратное перемещение, производя, в соответствии с определенным программным обеспечением режимом ворошение бурта с внесением или без внесения БАД. В случае выбора режима внесения БАД электромагнитный клапан для регулирования доз БАД, управляемый бортовым компьютером, включает подачу из емкости биологически активной добавки, определенной программным обеспечением дозы, через форсунки для ее внесения.

Предлагаемые способ и устройство ускоренного компостирования органических отходов позволяют ускорить процесс термического обеззараживания твердого навоза, что способствует снижению загрязнения органическими отходами животноводства окружающей среды и получить высококачественное концентрированное органическое удобрение.

Биотехнологические решения по подготовке животноводческих стоков для орошения пастбищ и подстилочного навоза для удобрений полей при выращивании кормовых культур представлены ни рисунках 5.5 и 5.6.

Рисунок 5.5 – Технологические решения по подготовке стоков и жидкой фракции навоза для орошения пастбищ

Рисунок 5.6 – Технологические решения по подготовке подстилочного навоза для удобрения полей

при выращивании кормовых культур

5.3 Охрана окружающей среды и экономические требования к технологиям производства и использования органических удобрений

5.3.1 Техника безопасности и производственная санитария

Безопасность производственных процессов удаления, обработки, хранения навоза, производства из него органических удобрений и использования на сельскохозяйственных угодьях должна быть обеспечена:

– выбором применяемых технологических процессов, приёмов, режимов работы и порядка обслуживания производственного оборудования;

– применением индивидуальных средств защиты работающих;

– отвечать требованиям ГОСТ 12.3.002.75 ССБТОСТ 46.3.2.196-85 ССБТ, ОСТ 10132-96, ОСТ 10133-96 [90].

Дополнительные требования безопасности, предъявляемые к операциям, не предусмотренным типовой операционной технологией, должны быть установлены нормативно-технической документацией, утвержденной в установленном порядке.

При работе со стационарными навозоуборочными устройствами необходимо руководствоваться требованиями СНИП 11-99-77 [91].

При работе с напорными навозоуборочными устройствами необходимо руководствоваться «Правилами устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздупроводов и газопроводов» и «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением».

Требования безопасности при обработке, хранении и использовании навоза заключаются в следующем [92].

Навоз удаляют и обрабатывают в системе, отдельной от системы канализации хозяйственных (не навозных) и дождевых стоков фермы. В состав сооружений для переработки навоза в удобрение должна входить санитарно-бактериологическая лаборатория для повседневного контроля его качества. Для охраны здоровья обслуживающего персонала необходимо предусматривать душ с горячей водой, помещения для приёма пищи, умывальник и туалетные комнаты.

5.3.2 Охрана окружающей среды

В соответствии с требованиями Федерального закона «Об охране
окружающей среды» при проектировании, строительстве и эксплуатации систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета должны соблюдаться требования в области охраны окружающей среды, проводиться мероприятия по охране земель, почв, водных объектов, растений, животных и других объектов. Животноводческие предприятия являются потенциальными источниками загрязнения водных объектов и почвы окружающих территорий органическими массами, содержащими биогенные элементы, и распространения возбудителей болезней, содержащихся в навозе.

Площадь сельскохозяйственных угодий, необходимая для использования навоза, рассчитывается с учетом типа и размера предприятия, количества питательных веществ, содержащихся в навозе, вида возделываемых культур, потребности их в питательных веществах, выноса этих веществ с урожаем сельскохозяйственных культур, доз, сроков внесения и способов заделки их в почву.

Конструктивные решения сооружений сбора, накопления и хранения всех видов навоза должны обеспечивать их герметичность и исключить процессы фильтрации жидкости в грунт и инфильтрации грунтовых вод.

Не допускается размещение сооружений и систем подготовки и
использования всех видов навоза на территориях первого и второго поясов санитарной охраны источников водоснабжения, источников минеральных вод и санитарной зоны курортов.

Не допускается строительство новых, расширение существующих
систем удаления и подготовки навоза к использованию на территории санитарно-защитных зон между предприятиями и поверхностными водными объектами.

Территория для размещения сооружений подготовки к использованию навоза и помета должна соответствовать требованиям СНиП II-97-76.

Площадки сооружений по обработке и использованию навоза следует располагать по отношению к предприятию и жилой застройке с подветренной стороны господствующих ветров в теплое время года.

Площадки сооружений должны иметь зооветеринарные и санитарные защитные разрывы от территорий предприятий и жилой застройки. По периметру площадок сооружений следует предусматривать посадки зеленых насаждений, экранирующие и фильтрующие вредные выбросы.

Здания и сооружения на площадке следует ориентировать длинной стороной вдоль преобладающих ветров, обеспечивающих сквозное проветривание пространства.

Технологии обработки и использования навоза должны обеспечивать уменьшение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу за счет:

– проектирования минимальных площадей открытых накопителей навоза;

– применения биологических, химических, физических и комбинированных методов обработки навоза;

– внесения в навоз различных дезодорирующих добавок (клиноптиломита, гашеной и негашеной извести, железного купороса, персульфата нат-рия, древесных опилок и др.).

Площадки сооружений по обработке и подготовке к использованию навоза следует размещать:

– ниже населенных пунктов и водозаборных сооружений по течению поверхностных водостоков;

– ниже сооружений водоснабжения по рельефу местности.

На животноводческих предприятиях, как правило, должны предусматриваться системы бытовой, производственной и дождевой канализации с очистными сооружениями, обеспечивающими показатели, допустимые для сброса на земледельческие поля орошения (ЗПО) или в водные объекты.

Животноводческие предприятия должны быть обеспечены площадями сельскохозяйственных угодий, достаточными для использования всего объема получаемых органических удобрений, или должна предусматриваться обработка навоза, обеспечивающая уменьшение объемов получаемых удобрений, с возможностью вывоза их на дальние расстояния.

Все виды навоза КРС, вносимые в почву в качестве органического удобрения, не должны содержать патогенные микроорганизмы.

Основными критериями оценки экологической безопасности использования органических удобрений являются: их воздействие на плодородие почв, качество сельскохозяйственной продукции, уровни загрязнения воз-духа, воды, земли, засоренность полей, фитосанитарное состояние посевов, здоровье населения и животных (табл. 5.3).

Таблица 5.3 – Экологическая оценка влияния различных видов органических

удобрений на состояние окружающей среды

Вид влияния Степень влияния
Бесподстилочный

навоз

ТОУ
Жидкое ОУ Полужидкое ОУ КОУ в жидкой форме На основе подстилоч-ного навоза Компосты КОУ
Загрязнение почвы св зв во нв нв во
Загрязнение воды св зв нв нв нв нв
Загрязнение воздуха св зв во нв нв во
Деградация органического вещества почвы св зв во во во во
Ухудшение фитосанитарного состояния посевов св зв во св зв во
Увеличение засоренности полей зв зв св зв
Снижение качества сельхозпродукции св зв во нв нв во
Увеличение уровня заболеваемости населения, животных св зв во нв нв во

Примечание: во – влияние отсутствует; нв – незначительное влияние; зв – значительное

влияние; св – сильное влияние.

Из таблицы 5.3 видно, что наименьшее влияние на окружающую среду оказывают КОУ, наибольшее – полужидкое ОУ.

Нарушение регламентов производства, хранения, транспортировки и применения органических удобрений обуславливают химическое и биологическое загрязнения окружающей среды.

Навоз относится к категориям нестабильных органических контаминаторов, в 1 мг которых может содержаться до 170 млн. шт. микроорганизмов, в том числе патогенных, вызывающих эпидемии и эпизоотии. Согласно данным Всемирной Организации Здравоохранения, экскременты определены как фактор передачи более 100 возбудителей болезней животных, птицы, человека с большим сроком выживаемости (табл. 5.4) [93].

Таблица 5.4 – Сроки выживаемости возбудителей болезней

Возбудители Срок выживаемости, лет более
Микробактерии туберкулёза 25
Бациллы сибирской язвы 60
Сальмонеллы паратифов 2
Сальмонеллы брюшного тифа 3
Листерии 2
Вирус ящура 2
Яйца аскарид 6,5
Яйца фасциол 2

С навозом преимущественно передаются бруцеллёз, колибактериоз, сальмонеллёз, паратуберкулёз, чума КРС, столбняк, некробактериоз и др.,
в навозе в большом количестве могут присутствовать возбудители инвазии: аскаридоза, трихоцефалеза, эзофагостемоза и другие. Попадая с навозом в естественные водоёмы, патогенные микроорганизмы, яйца гельминтов способны вызывать вспышки болезней далеко вниз по течению от первичного эпизодического очага.

По химической природе навоз является сложной органоминеральной системой с высоким содержанием экологически опасных веществ. Расчёты, проверенные по величине популярного эквивалента, показали, что навоз может загрязнить окружающую среду в 10 раз интенсивнее, чем коммунально-бытовые отходы. Среднее количество экскрементов от 1 головы КРС равноценно их количеству от 15 человек. Животноводческая ферма на 500 коров сталкивается с проблемой утилизации такого же количества отходов, как посёлок с 7500 жителями.

В экологическом отношении чрезвычайно важным является вопрос о дозах вносимых органических удобрений. Санитарная способность почвы имеет определенные границы. Исследованиями установлено, что для 1 га пашни оптимальны отходы от 2–3 дойных коров или от 5 телок, или от 25 свиней. Ненормированное бесконтрольное применение органических удобрений усиливает дегумификацию, эрозионные процессы в почве, повышает накопление в ней токсичных соединений, вызывает частичную или полную утрату плодородия почв, химическое и биологическое загрязнение грунтовых, поверхностных вод, продукции растениеводства.

Благополучие экологической обстановки в районе расположения фермы определяется рядом факторов: соответствием выбора места их строительства действующим нормам и правилам; эффективностью применяемых технологий удалений, обработки, хранения, производства и использования органических удобрений; уровнем технологической дисциплины; квалификацией специалистов и др.

Территория местности, отводимая для сооружений по подготовке и хранению КОУ, должна быть, по возможности, не сельскохозяйственного назначения.

Все строительные элементы системы по обработке и хранению навоза, начиная от каналов в животноводческих помещениях и кончая полевыми навозохранилищами, должны обеспечиваться надежной гидроизоляцией, исключающей фильтрацию навозных стоков в грунт и инфильтрацию грунтовых вод в сооружения по транспортировке и хранению навоза.

Все операции по обработке и хранению навоза должны быть механизированы и обеспечены контрольно-измерительными приборами.

5.3.3 Производство органических удобрений

Качество производимых органических удобрений должно удовлетворять требованиям нормативов (технических условий):

1. Содержание токсичных соединений (тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов) в сухом веществе органических удобрений не должно превышать соответствующие показатели ОСТов.

2. Органические удобрения должны быть обезврежены и обеззаражены. Для этого применяют биологические, химические и физические способы.

Контроль за эффективностью обеззараживания органических удобрений, получаемых на ферме в периоды вспышек инфекционных болезней животных, осуществляют микробиологическими методами по выживаемости индикаторных микроорганизмов: бактерий группы кишечных палочек, стафилококков [94].

Обеззараживание органических удобрений считают эффективным при отсутствии в 10 см3 пробы кишечных палочек, стафилококков, энтерококков в зависимости от вида возбудителей инфекционных болезней при трехкратном исследовании.

Качество обеззараживания навоза от возбудителей паразитных болезней контролируют по наличию погибших яиц аскариды, личинок стронжлят и других в единице объема отбираемой пробы (100–150 г набора) при трехкратной повторности.

Бактериологический и гельминтологический (паразитологический) контроль обеззараживания навоза осуществляют специалисты ветеринарной лаборатории.

Физико-механические характеристики получаемых органических удобрений должны соответствовать требованиям с учетом условий качественного их внесения существующей сельскохозяйственной техникой (табл. 5.5).

Таблица 5.5 – Физико-механические характеристики органических

удобрений

Показатели Твердые ОУ Бесподстилочный навоз при внесении
мобильным транспортом орошением внутри-почвенном
Максимально допустимый размер частиц удобрений, мм, не более содержание:

% от сухого вещества:

– с высокой удельной массой, размером > 40 мм;

– с низкой удельной массой, размером

< 150 мм

≤ 250

1,5

1,5

≤ 30

≤ 10

1,0

0,5

≤ 10

5.3.4 Хранение органических удобрений

Подстилочный навоз и компост хранят на площадках с твердым покрытием, препятствующим инфильтрации удобрений в почву и грунтовые воды. Площади хранения должны быть оборудованы устройствами для защиты от заливания дождевыми и талыми водами.

Полученные КОУ в пылевидной или гранулированной форме могут храниться в расфасованном виде (мешки массой от 35 до 1000 кг) и россыпью в буртах. Хранение производится в полузакрытых или закрытых помещениях, исключающих попадание влаги и солнечного света.

5.3.5 Использование органических удобрений

К использованию допускаются органические удобрения благополучные по ветеринарно-санитарным и гигиеническим характеристикам.

Площадь сельскохозяйственных угодий, необходимых для утилизации органических удобрений, ориентировочно устанавливается по азоту – N 2000 кг/га (без орошения) и N 300 кг/га (при орошении).

Не допускается использование органических удобрений на затапливаемых полях.

Органические удобрения запрещается применять в водоохранной зоне рыбохозяйственных водоемов, прибрежных полосах рек и закрытых водоемах. Ширина водоохраной зоны определяется длиной реки (табл. 5.6).

Таблица 5.6 – Ширина водоохраной зоны при использовании органических

удобрений

Тип водоема Ширина водоохраной зоны, м
Ручьи и мелкие реки длиной до 10 км 15
Реки длиной, км

от 11 до 50

от 51 до 100

от 101 до 200

100

200

300

Озера и водохранилища с площадью акватории:

до 2 км2

более 2 км2

300

500

При использовании органических удобрений необходимо максимально предотвратить потери из них биофильных элементов. После внесения органических удобрений суммарное содержание тяжелых металлов и остаточных количеств пестицидов в почве с учетом их рассеивания в пахотном слое не должно превышать предельных и ориентировочно допустимых (ПДК, ОДК) концентраций.

Дозы внесения органических удобрений должны быть приближены к относительным и рассчитаны с учетом выноса питательных веществ запланированным урожаем и их содержанием в удобрениях.

Во избежание загрязнения воздуха, водных источников, потерь питательных элементов необходимо обеспечить быструю заделку органических удобрений, по времени не превышающую 2–4 часа после их поверхностного внесения. Заделка удобрений производится, как правило, на глубину пахотного слоя.

При внесении органических удобрений необходимо соблюдать следующие агротехнические требования:

– неравномерность распределения по ходу движения агрегата – не более 10%, по рабочей ширине захвата – не более 25%;

– отклонение фактической дозы от заданной не должно превышать 10%.

В целях ограничения потерь удобрений, снижения нагрузок на окружающую среду необходимо:

– на полях с неспокойным рельефом удобрения вносить внутрипоч-венно;

– на полях с уклоном более 3опроводить противоэрозионную обработку почвы, глубокую вспашку, рыхление подпахотного слоя, кротование и т.д.

Сроки внесения жидких органических удобрений следует приблизить к периоду начала вегетации растений.

Залогом экологической безопасности при использовании органических удобрений являются:

– производство высококачественных, обеззараженных и обезвреженных органических удобрений, соответствующих требованиям технических условий;

– экологически чистое хранение органических удобрений с минимальными потерями органического вещества, биогенных элементов;

– применение экологически безопасных органических удобрений в нормах, соответствующих потребностям выращиваемых культур в элементах питания с учетом почвенного плодородия в оптимальные сроки;

– организация систематического и периодического контроля за состоянием окружающей среды и технического контроля за работой сооружений, оборудования по обработке и утилизации навоза.

6 СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМЫ КАЧЕСТВЕННОГО ОРОШЕНИЯ ПАСТБИЩ И УДОБРЕНИЯ ПОЛЕЙ ДЛЯ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ УСКОРЕННОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ СТОКОВ И НАВОЗА В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЙ

Социально-экономическая эффективность представляет собой производственные отношения, основанные на системе экономических законов и показателей, а социально-экономический эффект выступает в виде конечного народнохозяйственного результата, который может быть выражен в виде конечного продукта сферы производства, распределения, обмена, потребления и воспроизводства в целом.

Ряд современных экономистов отрицают понятие «социально-эконо-мическая эффективность», аргументируя тем, что социальный и экономический эффект не могут рассматриваться в совокупности, и четко разграничивают понятие «экономическая и «социальная» эффективность. В основе
данного мнения находится различная природа возникновения экономической и социальной эффективности. Экономическая эффективность выступает
результатом материального производства, в то время, как социальная эффективность относится к непроизводственной сфере.

Для полноценной оценки эффективности применения системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур предлагаем использовать системную модель критериев эффективности организации. Рекомендован системный многопараметрический подход к оценке эффективности в сельскохозяйственных организациях. Это означает, что не существует одного критерия для оценки эффективности применения системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур. Нет также отдельного критерия, оценивающего удовлетворенность всех конкурирующих стратегических групп.

Критерии эффективности являются некоторыми практическими принципами руководства. В хорошо управляемых организациях смешанные критерии эффективности помогают приспосабливаться к различным ситуациям.

Общий экономический эффект рассматривается как результат только производственной деятельности или как результат всей хозяйственной деятельности предприятия. В первом случае экономическим эффектом является произведенная продукция в натуральном или денежном выражении (валовая, товарная, чистая продукция). Во втором случае принимается во внимание не только производство продукции, но и сбыт, реализация (объем реализованной продукции, прибыль). Продукция выражена в текущих ценах, что позволяет соизмерять результат с затратами. Таким образом, повышение эффективности достигается либо путем сокращения затрат для получения того же по объему производственного результата, либо за счет более медленных темпов увеличения затрат по сравнению с темпами возрастания результата, когда увеличение последнего достигается за счет лучшего использования имеющихся ресурсов.

Социальная эффективность обеспечивается реализацией системы мер, направленных на удовлетворение социально-экономических ожиданий, потребностей и интересов стратегических групп.

Рассмотрим четыре комплексных критерия эффективности применения системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур (рис. 6.1).

Цели применения системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур, следующие: восстановление почвенного плодородия пастбищ и полей; обеспечение травостоя пастбищ, орошаемых стоками; повышение урожайности кормовых культур за счет применения органических удобрений.

Реализация указанных целей достигается за счет использования ресурсов: совокупности технологий производства органических удобрений; технологий орошения пастбищ; технических средств, необходимых для реализации применяемых технологий. Ресурсы используются во внутренних технико-технологических процессах, осуществляемых в организации. К внутренним технико-технологическим процессам относятся: удаление навоза и стоков; производство и применение органических удобрений; орошение пастбищ навозными стоками.

Рисунок 6.1 – Подходы к социально-экономической оценке

эффективности применения системы качественного орошения пастбищ

и удобрения полей для кормовых культур

Осуществление указанных технико-технологических процессов приведет к удовлетворению социально-экономических ожиданий, потребностей и интересов стратегических групп. К стратегическим группам относятся следующие. Работники предприятия, получающие возможность материальной и не материальной мотивации. К материальной мотивации относится повышение заработной платы, выплаты премий, надбавок на фоне повышения результативности деятельности в виде роста урожайности сельскохозяйственных культур, увеличения надоя и привеса скота. К не материальным методам мотивации относятся гармоничное развитие личности работника, повышение его квалификации, расширение гибкости и мобильности, формирование
благоприятного социального климата, усиление социальной активности. Стоит отметить в категории данной стратегической группы потенциальных работников предприятия, это жители окружающих территорий, которые заинтересованы в организации новых рабочих мест. Внедрение новых технологий производства и применения органических удобрений способствуют данной тенденции развития предприятия.

Представители государственных надзорных органов, государственные служащие, участвующие и контролирующие экологическую ситуацию в регионе базирования сельскохозяйственного предприятия. При загрязнении окружающей среды, вызванном неправильным обращением с органическими отходами, соответствующие органы имеют право наложить штрафные санкции, согласно действующему законодательству. Однако при выявлении
добросовестного отношения к экологической ситуации, применении современных тенденций науки при переработке органических отходов, сельхоз-товаропроизводители вправе рассчитывать на государственную поддержку
финансирования технологических процессов производства и применения
органических удобрений.

Потребители продукции предприятия заинтересованы в получении экологически чистой продукции растениеводства и животноводства в количестве, полностью удовлетворяющем их потребности. Продукция высокого качества должна быть доступной ценовой категории. Применение органических удобрений собственного производства и сокращение применения минеральных удобрений способствуют снижению себестоимости производства сельскохозяйственной продукции.

Стоит выделить еще одну потенциальную стратегическую группу – это жители близко расположенных к сельскохозяйственному предприятию населенных массивов. Ожиданиями этой группы является желание жить и работать в экологически чистом районе, без загрязнения водоемов, почв, без
неприятных запахов от объектов животноводства.

Системный многопараметрический подход к оценке эффективности применения системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур апробирован в ряде сельскохозяйственных организаций Ростовской области. Подход использован в производственной деятельности СПК-колхоза имени С.Г. Шаумяна Мясниковского района, СПК (колхоз) «Родина» Матвеево-Курганского района, ЗАО «Колхоз Советинский» Неклиновского района Ростовской области.

Проанализируем изменение результатов деятельности указанных предприятий при внедрении системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур.

СПК-колхоз имени С.Г. Шаумяна Мясниковского района один из признанных лидеров аграрного сектора области. Предприятие применяет в производственной деятельности инновационные разработки, перспективные технологии и технические средства растениеводства и животноводства.
В 2012 г. СПК одним из первых в регионе апробировало систему качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур [95]. Рассмотрим влияние применения системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур на эффективность производственно-хозяйственной деятельности предприятия (табл. 6.1).

Таблица 6.1 – Динамика производственно-хозяйственной деятельности

СПК-колхоза имени С.Г. Шаумяна Мясниковского района

Анализируемый

период

Показатели

Годы Изменения
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Площадь пашни, га,

в т.ч. под кормовыми

культурами

7579

1851

7579

1935

7523

1935

7523

1935

7557

1790

7581

1790

7640

1550

61

-301

Пастбища, га 752 890 890 890 655 655 655 -97
Урожайность однолетних кормовых культур, ц/га 710 710 730 760 840 800 890 180
Наличие КРС, гол.,

в т.ч. коров

3883

1300

3930

1320

3765

1360

3643

1373

3457

1380

3563

1380

3419

1335

-464

35

Окончание таблицы 6.1

1 2 3 4 5 6 7 8 9
Валовое производство молока, т 8003 8759 9610 9931 10395 10212 9687 1684
Надой на 1 фуражную

корову, кг

6352 6692 7235 7269 7562 7400 7123 771
Среднесуточный привес, г 378 452 603 608 590 643 629 251
Выручка от реализации продукции, млн руб. 392 476 718 637 779 679 750 358
Чистая прибыль, млн руб. 74 68 220 150 125 118 182 108
Рентабельность реализованной продукции, % 19 14 31 23 16 17 24 5
Рентабельность предприятия, % 33 30 97 66 55 52 81 48

Анализ производственной деятельности СПК-колхоза имени С.Г. Шаумяна за период 2013–2019 гг. выявил увеличение основных показателей результативности отраслей растениеводства и животноводства. Урожайность кормовых культур повысилась на 180 ц/га, валовое производство молока увеличено на 1684 т, надой на 1 фуражную корову вырос на 771 кг, среднесуточный привес увеличился на 251 г. В целом по отраслям реализация продукции за рассматриваемый период возросла на 358 млн руб., чистая прибыль увеличилась на 107,8 млн руб. Рентабельность реализованной продукции
достигла 24% в 2019 г., что на 5 п.п. больше уровня 2013 года. Рентабельность предприятия в 2019 г. составила 81%, что на 48 п.п. выше значения 2013 г.

СПК (колхоз) «КОЛОС» Матвеево-Курганского района внедрил систему качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур с 2013 г. [96]. Рассмотрим влияние применения системы на показатели производственной и финансового-хозяйственной деятельности предприятия (табл. 6.2).

Период 2014–2019 годов деятельности СПК (колхоза) «КОЛОС» Матвеево-Курганского района ознаменован незначительными изменениями в площади пашни, варьированием площади под кормовыми культурами (рассматривалась кукуруза на силос), незначительным сокращением пастбищ. Предприятие наращивает поголовье КРС – с 1280 гол. в 2014 г. до 2625 гол. в 2019 г., то есть на 1345 голов, в том числе на 694 гол. коров. Надой на фуражную корову вырос с 6212 кг до 7185 кг, то есть на 973 кг. Соответственно, увеличилось валовое производство молока – на 5479 тонны. Среднесуточный привес составил 711 г в 2019 г., что на 159 г больше по отношению к уровню 2014 года.

Таблица 6.2 – Динамика производственно-хозяйственной деятельности

СПК (колхоза) «КОЛОС» Матвеево-Курганского района

Анализируемый

период

Показатели

Годы Изменения
2014 2015 2016 2017 2018 2019
Площадь пашни, га

в т.ч. под кормовыми

культурами

4746

580

4872

580

4980

580

4865

656

4526

680

4775

716

29

136

Пастбища, га 382 382 382 330 327 354 -28
Урожайность кормовых культур, ц/га 700 718 785 820 775 800 100
Наличие КРС, гол.,

в т.ч. коров

1280

506

1266

519

1308

530

1820

725

2500

1150

2625

1200

1345

694

Валовое производство

молока, т

3143 3438 3621 5184 8453 8622 5479
Надой на 1 фуражную

корову, кг

6212 6624 6833 7150 7350 7185 973
Среднесуточный привес, г 552 560 683 685 680 711 159
Выручка от реализации продукции, млн руб. 264 337 377 351 424 444 180
Чистая прибыль, млн руб. 50 101 104 102 77 107 57
Рентабельность реализованной продукции, % 19 30 28 29 18 24 5
Рентабельность предприятия, % 25 48 48 46 33 45 20

Положительные моменты повышения эффективности производственной деятельности отразились в экономических результатах финансового направления предприятия. Выручка от реализации продукции возросла с 264 млн руб. в 2014 г. до 444 млн руб. в 2019 году. Увеличилась за анализируемый период чистая прибыль предприятия с 50 в 2014 г. до 107 млн руб.
в 2019 г., то есть прирост составил 57 млн. руб. Рентабельность реализованной продукции менялась за анализируемый период, на конец 2019 г. составила 24%. Рентабельность предприятия в целом в 2019 г. равна 45%, что на
20 п.п. выше значения рентабельности предприятия 2014 года.

СПК (колхоз) «Родина» Матвеево-Курганского района внедрил систему качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур с 2014 г. [97]. Влияние системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей на показатели производственной деятельности представлены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 – Динамика производственно-хозяйственной деятельности

СПК (колхоза) «Родина» Матвеево-Курганского района

Анализируемый

период

Показатели

Годы Изменения
2015 2016 2017 2018 2019
Площадь пашни, га,

в т.ч. под кормовыми

культурами

6446

153

6446

200

6375

421

6580

430

6860

450

414

297

Пастбища, га 523 523 525 525 525 2
Урожайность кормовых культур, ц/га 650 670 784 750 818 168
Наличие КРС, гол.,

в т.ч. коров

1418

553

1479

579

1922

752

2363

925

2419

942

1001

389

Валовое производство молока, т 3647 3776 5161 6476 6787 3140
Надой на 1 фур. корову, кг 6595 6522 6863 7001 7205 610
Среднесуточный привес, г 582 646 638 662 670 89
Выручка от реализации продукции, млн руб. 397 395 447 433 561 164
Чистая прибыль, млн руб. 121 80 72 17 77 -44
Рентабельность реализованной продукции, % 30 20 16 4 14 -17
Рентабельность предприятия, % 68 30 25 5 22 -46

СПК (колхоз) «Родина» почти в три раза увеличил площадь под кормовыми культурами с 153 га в 2015 г. до 450 га – в 2019 г. Связано это, в первую очередь, с ростов поголовья КРС в анализируемом периоде. Наметился рост урожайности кормовых культур (кукуруза на силос) – с 650 ц/га в 2015 г. до 818 ц/га в 2019 г. Площадь пастбищ практически не изменилась. Выросли надои молока – на 610 кг на фуражную корову, среднесуточный привес вырос на 89 г.

Показатели экономической эффективности предприятия указывают на рост выручки от реализации продукции растениеводства и животноводства – с 397 млн руб. в 2015 г. до 561 млн руб. в 2019 г. Однако чистая прибыль в рассматриваемый период сократилась – с 121 млн руб. в 2015 г. до 17 млн руб. в 2018 г., в 2019 г. этот показатель составил 77 млн руб. Рентабельность реализованной продукции в 2015 г., начале анализируемого периода, составила 30%, в 2018 г. сократилась до 4%, в 2019 г., в конце рассматриваемого временного интервала, выросла до 14%. Рентабельность предприятия в 2015 г. составила 68%, в 2018 – 5%, в 2019 – 22%. Выявлено снижение показателей за рассматриваемый период: рентабельности реализованной продукции на 17 п.п., рентабельности предприятия на 46 п.п. Данный факт указывает на рост издержек на производство и реализацию продукции предприятия, увеличение ее себестоимости.

Основными показателями производственной деятельности, характеризующими эффективность применения системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур приняли урожайность кормовых культур, которая должна варьироваться при применении органических удобрений, надой и привес КРС, которые также должны меняться при размещении животных на пастбищах и кормлении их качественными кормами. Изменения указанных показателей в рассматриваемых хозяйствах за период внедрения системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур представлены на рисунке 6.2.

На рисунках 6.3 и 6.4 представлена динамика выручки от продаж сельскохозяйственной продукции и чистая прибыль предприятий.

Рисунок 6.2 – Изменения основных показателей производственной

деятельности, характеризующих эффективность применения системы

качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур

Рисунок 6.3 – Выручка от продаж предприятий при внедрении системы

качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур

Рисунок 6.4 – Чистая прибыль предприятий при внедрении системы

качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур

На рисунке 6.5 представлены изменения экономических показателей предприятий за период применения системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур.

Рисунок 6.5 – Изменения экономических показателей деятельности

предприятий при использовании системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур

Рентабельность реализованной продукции рассматриваемых сельхозпредприятий варьировалась в интервале от 4% (СПК (колхоз) «Родина», 2018 г.) до 31% (СПК колхоз имени С.Г. Шаумяна, 2015 г.) (рис. 6.6). Окончание анализируемого периода ознаменовалось ростом данного показателя: в СПК колхоз имени С.Г. Шаумяна и СПК (колхоз) «КОЛОС» рентабельность реализованной продукции составила 24%, в СПК (колхоз) «Родина» – 14%.

Рисунок 6.6 – Динамика рентабельности реализованной продукции

предприятий при внедрении системы качественного орошения пастбищ

и удобрения полей для кормовых культур

СПК колхоз имени С.Г. Шаумяна имеет достаточно высокую рентабельность предприятия – 81% на конец 2019 года (рис. 6.7).

Рисунок 6.7 – Динамика рентабельности предприятий при внедрении

системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей

для кормовых культур

В СПК (колхоз) «КОЛОС» рентабельность предприятия на конец анализируемого периода составила 45%, в СПК (колхоз) «Родина» – 22%.

На основе проведенных аналитических исследований производственной и финансовой деятельности предприятий СПК-колхоз имени С.Г. Шаумяна, СПК (колхоз) «КОЛОС» и СПК (колхоз) «Родина» выявили следующее. Внедрение системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур положительно отразилось на результатах производственной деятельности. В СПК повысилась урожайность кормовых культур, увеличились надои и привесы животных. Выручка от реализации сельскохозяйственной продукции предприятий неуклонно растет. Чистая прибыль несколько варьируется, что связано с ростом затрат на производство и реализацию продукции. Показатель чистой прибыли организаций также имеет тенденцию к увеличению.

Предприятия, внедряющие систему качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур применяют новейшие научно-обоснованные технологии, что способствует повышению эффективности технологического процесса и трудовой дисциплине. Стоит отметить, что применение системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур способствует социальной ориентированности предприятий, так как создаются новые рабочие места, экологическая ситуация на территории размещения сельскохозяйственных объектов улучшается и производимая продукция экологически более чистая.

Выводы по главе

1. Анализ экономических показателей передовых хозяйств Ростовской области показал, что использование предлагаемых систем ускоренной подготовки стоков к орошению пастбищ и высококачественных органических удобрений для удобрения пастбищ позволяет повысить урожайность кормовых культур, их качество, что способствовало увеличению надоев
молока и привесов животных. За анализируемый период (6–7 лет) урожайность однолетних кормовых культур в анализируемых хозяйствах увеличилась на 12,50–20,54%, надои на одну фуражную корову – от 8,47% до 14,20%, среднесуточные привесы – от 13,30% до 47,73%. Выручка от реализации продукции увеличилась от 29,23% (561 млн. руб. в год) до 47,73% (750 млн. руб. в год).

2. Рентабельность предприятий при внедрении системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур с использованием ускоренной биотехнологии подготовки стоков и навоза составляет от 22 до 81%.

3. Предприятия с замкнутым циклом производства продукции животноводства имеют социальную ориентированность (новые рабочие места, улучшение экологической обстановки, получение экологически чистой продукции), что позитивно сказывается на здоровье населения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ и синтез технологии подготовки стоков и навоза показал, что существующие технологии и технические средства не обеспечивают их ускоренную биотехнологическую подготовку для орошения и удобрения пастбищ и полей при производстве кормовых культур, что требует разработки биотехнологии с применением мобильных и стационарных установок для получения высококачественных органических удобрений с учетом природной, экологической, экономической и технологической среды.

2. Разработаны методологические основы экономического механизма управления технологическими процессами орошения и удобрения пастбищ, которые основываются на:

– экономико-математической модели биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм в органические удобрения;

– информационно-аналитической системе поддержки принятий решений оптимизации технологий производства высококачественных органических удобрений.

Основополагающими в реализации технологических процессов являются принципы рационального выбора биотехнологической подготовки стоков и навоза; эффективное использование машинно-тракторного парка предприятия; трудовые, материальные и денежные ресурсы.

3. Критериями оптимальности в разработанной экономико-математи-ческой модели являются показатели приведенных затрат (ПЗ → min) и прибыли (П → max), получаемые сельскохозяйственными предприятиями от биотехнологической подготовки стоков и навоза животноводческих ферм и использование полученных удобрений при выращивании кормовых культур.

На основе данных оптимизации технологии производства органических удобрений формируются проектные технологические карты, отражающие все технологические операции и их техническое обеспечение, предоставляется расчет затрат на реализацию принятой технологии.

Система ограничений экономико-математической модели при реализации биотехнологической подготовки стоков и навоза содержит три основные группы:

– по использованию техники;

– по использования сырья и материалов;

– по использованию трудовых ресурсов.

Для реализации экономико-математической модели, с учетом принятых ограничений, разработана информационно-аналитическая система поддержки принятия решений оптимизации технологий производства органических удобрений (ИА СППР).

4. В основу биотехнологии ускоренной подготовки стоков и жидкого навоза положены принципы механического разделения их на фракции с последующей подготовкой жидких КОУ с применением БАД, что ускоряет процессы их подготовки в значительно меньшие сроки, чем по традиционным технологиям. Основными техническими средствами являются: стационарный растворный узел (производительность более 700 м3/см); мобильный агрегат с автономной системой перемешивания компонентов и последующим внесением на поле (эксплуатационная производительность до 20/ч; потребная мощность на привод рабочих органов до 30,5 кВт; рабочая ширина внесения жидких КОУ 9–14 м); мобильная установка для разделения навоза на фракции (производительность 26,8–43,0 м3/ч; влажность жидкой фракции до 98,6%, твердой – до 72,0%, частота вращения шнека 60–80 об/мин; длина рабочего участка шнека 4,0 м); тонкослойный отстойник (производительность 25–40 м3/ч; омагничивание на входе в отстойник постоянным магнитным полем напряженностью 25 кА/м, влажность осветленной жидкости до 99,0%, влажность осадка до 86%); напорная флотационная установка (производительность до 25 м3/ч; давление в напорном резервуаре 400–500 кПа, степень рециркуляции жидкости 0,3–0,5, скорость движения скребка пеносъемного механизма 0,1–0,2 рад/с; влажность уплотненного продукта не выше 96%, эффективность осветления 70%, влажность осветленной жидкости 99,2%); ленточный вакуум-фильтр (рабочая ширина ленты 0,5 м, длина вакуум-камеры 3,2 м, производительность 0,0004–0,0008 м32·с; удельная потребляемая мощность 0,474–1,037 кВт/м3·м, влажность фильтрата 98,4–99,35%, твердой фракции 79,85–68,32%, степень обезвоживания 65,0–82,0%, скорость передвижения фильтровальной перегородки 0,033–0,167 м/с, рациональный вакуум в зоне фильтрования 50–-65 кПа; материал фильтровальной перегородки – ткань фильтровальная арт. 56207, регенерация – водой, расход промывочной жидкости 0,144·10-4 м3/с).

5. В основу биотехнологии при переработке твердого навоза положен принцип ускоренного компостирования компонентов с использованием БАД. Твердые КОУ готовятся за 5–7 суток в летнее время и 12 суток в зимний период. Базовой машиной является самоходный ворошитель буртов с системой подачи БАД и приборами для контроля созревания бурта (производительность 400 м3/ч, частота ворошения 3 суток через 12 часов, доза внесения БАД 5% от объема перерабатываемого продукта, размеры бурта: ширина по основанию 2,5 м, высота 1,5 м).

Для поверхностного внесения твердых КОУ разработан разбрасыватель на базе машин РУМ (МВУ) с пневмоцентробежным распределяющим рабочим органом (агрегатируется с трактором кл. 1.6; грузоподъемность от 2,5 до 3,5 т, рабочая ширина внесения 8,0 м, дозы внесения от 0,2 до 12 т/га, производительность агрегата от 5,2 до 12 т/ч).

Для внутрипочвенного внесения твердых КОУ разработано бункерное устройство со сводоразрушающим устройством к культиваторам-растениепи-тателям типа КРН и пропашным сеялкам СУПН-8.

6. Для ускоренного обеззараживания стоков и жидкого навоза разработана система с использованием ветроротора Савониуса, позволяющего активизировать процессы аэробного окисления с помощью возобновляемого
источника энергии – энергии ветра. При глубине перемешивания смеси 2,5–3,0 м частота вращения лопаток достигает 132 мин-1 при площади ветролопастей 4 м2 (4 штуки на 1 м2).

7. Внедрение системы ускоренной подготовки стоков и навоза для орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур способствовало повышению их урожайности до 20,54%. При этом надои на одну фуражную корову увеличились на 8,47–14,20%; среднесуточные привесы – на 13,30–47,73%.

Выручка от реализации продукции составила от 561 млн руб./год до 750 млн руб./год (увеличение от 29,23 до 47,73%).

Рентабельность при внедрении системы качественного орошения пастбищ и удобрения полей для кормовых культур с использованием ускоренной биотехнологии подготовки стоков навоза составляет от 22 до 81%.

  1. состоящих, как правило, из одной энергомашины и одной или более сельскохозяйственных машин.

Список использованной литературы

Приложения

 

Автор НИР 

Оглавление

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *