УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ ТВАРИННИЦТВА УААН

ПІСКУН Віктор Іванович

УДК 631.22.018.002.84

Обгрунтування ТА РОЗРОБКА РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧИХ

технологій ВИДАЛЕННЯ ТА ОБРОБЛЕННЯ

СТОКІВ ПРИ ПРОМИСЛОВОМУ ВИРОБНИЦТВІ

ПРОДУКТІВ ТВАРИННИЦТВА

06.02.04. –технологія виробництва продуктів тваринництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

Харків – 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в | Інституті тваринництва Української академії аграрних наук

Науковий консультант: | доктор сільськогосподарських наук, професор, академік УААН

Лінник Микола Кіндратович

Національний науковий центр «Інститут механізації та електрифікації сільського господарства», головний науковий співробітник

Офіційні опоненти: | доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

Вакуленко Іван Семенович,

Інститут тваринництва УААН, завідувач лабораторії хутрового звірівництва та кролівництва

доктор сільськогосподарських наук, доцент

Чертков Дмитро Дмитрович,

Інститут тваринництва Центральних районів УААН, завідувач відділу свинарства

доктор сільськогосподарських наук, професор

Бреславець Віталій Олексійович,

Національний науковий центр "Інститут експериментальної і клінічної ветеринарної медицини", головний науковий співробітник відділу вивчення хвороб птиці.

Захист відбудеться 21.05.2008 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 65.356.01 Інституту тваринництва УААН, за адресою: 62404, Харківська область, Харківський район, смт Кулиничі

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту тваринництва УААН за адресою: 62404, Харківська область, Харківський район, смт Кулиничі

Автореферат розісланий 19.04. 2008 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.С. Ліннік

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відповідно до програми розвитку українського села до 2015 р. передбачається створити всебічні умови для його розвитку, при цьому виробництво м’яса всіх категорій повинно збільшитися до 20 млн. т.

Визначальною умовою успішного виконання цього завдання є економне використання земельних, трудових, матеріальних та інших виробничих ресурсів та захист навколишнього середовища від забруднення відходами тваринництва.

Раціональне витрачання ресурсів особливо актуальне зараз у зв’язку з тим, що більшість видів продукції сільськогосподарських підприємств України неконкурентоспроможні, оскільки їх ресурсомісткість у 2-3, а то й більше разів вища, ніж у розвинених країнах Заходу.

Тому, відновлення виробництва продукції тваринництва в нових соціально-економічних умовах повинно базуватись на якісно новому технологічному і технічному рівні, який забезпечує більш повну реалізацію генетичного потенціалу тварин, раціональне використання основних фондів, зменшення виробничих витрат, кормів, робочого часу, енергоресурсів, одержання високоякісних, екологічно чистих, конкурентоспроможних продуктів.

Аналіз тенденції розвитку виробництва продукції тваринництва в розвинених країнах світу свідчить про стійку тенденцію поглиблення спеціалізації і ріст концентрації при виробництві продукції тваринництва незалежно від форм власності й господарювання.

Спеціалізація та концентрація виробництва продукції тваринництва викликала необхідність використання промислових технологій і пов’язаних із ними, зокрема, безпідстилкової технології утримання тварин та одержання тваринницьких стоків. Однак, при цьому виникає ряд проблем, серед яких актуальною є проблема видалення та утилізації великих об’ємів стоків. При розв’язанні цих питань виникають складнощі як технічного, так і економічного характеру, а також забруднюється довкілля.

Аналіз багаторічної практики експлуатації очисних споруд свідчить, що за капітальними витратами ефективні ті технології, які передбачають розділення стоків на тверду і рідку фракції. Причому в найбільш економічних технологіях застосовують машинні методи розділення на фракції.

Ця проблема продовжує загострюватись незважаючи на те, що розроблена велика кількість технологій та різноманітних засобів механізації для підготовки стоків до використання. Відсутні також узагальнюючі принципи й підходи щодо розробки ресурсозберігаючих технологій підготовки стоків до використання, які забезпечують одержання двох кондиційних продуктів: твердої і рідкої фракцій, відсутня теорія створення таких технологічних ліній.

Успішне вирішення цієї проблеми з одержання цінного екологічно чистого органічного добрива і кормових добавок та зниження рівня забруднення довкілля вимагає комплексного обґрунтування виробничих процесів від видалення стоків до їх повної утилізації.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась за державними науковими програмами і тематичними планами Інституту тваринництва УААН та договірними темами, і була в різні роки складовою частиною різних науково-технічних програм. Так у 1990-1995 рр. виконували підрозділ 0.5.05 - “Розробити безвідходну технологію і комплект машин для переробки гною”, розділу П04.05 - "Розробити універсальний комплект машин по виробництву, переробці свинини і створити фрагмент модуль об’єкта з ресурсозберігаючою технологією". Державна реєстрація № UА 01 001314 Р.

1996-2000 рр. - розробляли підрозділ 05.03 - “Розробити та дослідити технічні засоби та АСУ ТП по підготовці гною до використання”, розділу 3.5 - “Обґрунтувати та розробити технічні засоби для реконструкції існуючих свинарських ферм і комплексів". Державна реєстрація № 0196U011390.

1997-2000 рр. - виконували Договір із Міністерством освіти і науки України "Удосконалити та впровадити систему видалення і підготовки гною до його утилізації в умовах типових свиноферм". Державна реєстрація №2/1024-97.

2001-2003 рр. - виконували розділ "Розробити і дослідити високоефективні технології та технічні засоби прибирання та підготовки стоків до утилізації, які забезпечують охорону навколишнього середовища". Державна реєстрація

№ 0101U003310.

З 2004 р. - державна реєстрація № 0104U002997.

При виконанні зазначених складових науково-технічних програм здобувач був керівником і відповідальним виконавцем.

Мета і завдання досліджень. Мета роботи - розробка теоретичних основ і практичних методів створення ресурсозберігаючих, конкурентоспроможних технологій видалення та оброблення гноєвміщуючої продукції на фермах і комплексах по виробництву продуктів тваринництва та отриманням супутніх продуктів - високоякісних органічних добрив і кормових добавок, їх експериментальна перевірка та практична реалізація.

Для досягнення поставленої мети вирішували такі основні завдання:

- проаналізувати і узагальнити досвід застосування існуючих технологій видалення та оброблення гноєвміщуючої продукції на фермах і комплексах з виробництва продуктів тваринництва;

- провести оцінку технологій і засобів механізації видалення та оброблення гноєвміщуючої продукції на основі розробленої комп’ютерної моделі;

- обґрунтувати і удосконалити технологію видалення стоків із тимчасовим накопичуванням та подачі їх на оброблення при концентратному типі годівлі;

- розробити і обґрунтувати технологію оброблення гноєвміщуючої продукції з отриманням супутніх продуктів - високоякісних органічних добрив та кормової добавки;

- розробити і обґрунтувати технологічний процес та комплект машин для оброблення гноєвміщуючої продукції з отриманням супутніх продуктів;

- вивчити вплив та виявити закономірності розподілу форм вологи в стоках при різних технологічних процесах їх оброблення;

- розробити математичну модель кінетики осадження зважених речовин із вихідних стоків;

- розробити основи теорії створення та схему ресурсозберігаючої технології оброблення стоків з блоком механічного розділення;

- дослідити та виявити оптимальні технологічні та конструктивні параметри засобів механізації для оброблення стоків при концентратному типі годівлі з отриманням супутніх продуктів - органічних добрив;

- розробити технічні умови на виробництво кормової добавки «Гумісол-Т»;

- дослідити ефективність теоретичних основ і практичних методів реалізації ресурсозберігаючих, конкурентоспроможних технологій оброблення гноєвміщуючої продукції та отримання супутніх продуктів – високоякісних органічних добрив і кормової добавки;

- провести оцінку ефективності використання розроблених та удосконалених ресурсозберігаючих, конкурентоспроможних технологій видалення та оброблення гноєвміщуючої продукції з отриманням супутніх продуктів.

Об’єкт дослідження – технології видалення та оброблення гноєвміщуючої продукції на фермах і комплексах з виробництва продуктів тваринництва.

Предмет дослідження – гноєвміщуюча продукція, стоки, процеси нових ресурсозберігаючих технологій, засоби механізації для видалення та оброблення гноєвміщуючої продукції ферм і комплексів з виробництва продуктів тваринництва.

Методи досліджень - методологічною основою дисертаційної роботи є системний підхід. Дослідження проводили відповідно до стандартних та спеціально розроблених методик. Вивчення форм вологи у стоках і продуктах їх оброблення проводили за методом конвективного сушіння з визначенням швидкості сушіння методом диференціювання кривих сушіння. При вивченні процесів видалення та оброблення стоків застосували імітаційні та фізичні методи їх моделювання.

Нові технологічні та конструктивні рішення технологій видалення стоків та їх оброблення досліджували на фізичних моделях та натурних зразках у виробничих умовах.

В експериментальних дослідженнях застосовували планування експерименту та статистичне опрацювання результатів досліджень із використанням ПЕОМ. Загальну оцінку сучасних і перспективних технологічних процесів видалення та оброблення стоків виконано на основі методів моделювання технологічних процесів із застосуванням ПЕОМ, стандартних і спеціально розроблених алгоритмів та пакетів прикладних програм.

Економічну ефективність визначали обліково-розрахунковими методами за фактичними витратами.

Наукова новизна одержаних результатів. Вирішена важлива народногосподарська проблема:

- науково обґрунтовані теоретичні й практичні основи створення ресурсозберігаючих, конкурентоспроможних технологій оброблення гноєвміщуючої продукції ферм і комплексів з виробництва продуктів тваринництва, які становлять механіко-технологічну основу для визначення напряму й змісту подальшого розвитку й удосконалення технологій та засобів механізації для отримання супутніх продуктів - високоякісних органічних добрив та кормової добавки;

- обґрунтовано технологію оброблення гноєвміщуючої продукції при промисловому виробництві продуктів тваринництва, яка забезпечує їх ресурсозберігаючу підготовку, одержання високоякісних органічних добрив, кормової добавки та забезпечує охорону довкілля від забруднень;

- уперше сформульовані основи теорії створення ресурсозберігаючих технологій оброблення стоків з блоком механічного розділення, зокрема, при виробництві продукції свинарства, яку перевірено в дослідах та упроваджено у виробництво;

- розроблені механіко-технологічні основи ресурсозберігаючих технологій видалення та оброблення стоків на фермах і комплексах із концентратним типом годівлі тварин при виробництві продукції свинарства;

- уперше виявлені закономірності зміни вмісту різних форм вологи в стоках із концентратним типом годівлі свиней при різних технологічних процесах їх оброблення;

- обґрунтовано параметри та технологічні режими роботи засобів механізації оброблення гноєвміщуючої продукції з одержанням супутніх продуктів;

- розроблено комп’ютерну модель з оптимізації технологій видалення, оброблення гноєвміщуючої продукції та утилізації супутніх продуктів.

Розроблена технологія оброблення гноєвміщуючої продукції та окремі технічні рішення щодо технологій їх видалення та оброблення, захищено чотирма патентами України.

Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні науково-методичних основ побудови і застосування ресурсозберігаючих технологій оброблення гноєвміщуючої продукції при промисловому виробництві продуктів тваринництва з одержанням супутніх продуктів - високоякісних органічних добрив і кормової добавки.

Використання обґрунтованої ресурсозберігаючої, конкурентоспроможної технології та засобів механізації з оброблення стоків дає змогу вирішити проблему ефективного їх використання як органічних добрив та забезпечити економію матеріально-технічних ресурсів, зокрема, на комплексах із одержанням 12 і 24 тис. центнерів свинини за рік:

- капітальних вкладень у 2,4 - 12 разів;

- експлуатаційних витрат у 1,4 - 4 рази;

- сукупних витрат у 3 - 7 разів.

Використання удосконаленої технології видалення стоків дає змогу знизити витрати сукупної енергії на комплексах із замкнутим циклом та виробництвом 12 тис. свинини за рік на 11,6 - 19,6 % у приміщеннях із поперечно-розміщеними ізольованими секціями.

Створення умов ефективної роботи очисних споруд з оброблення стоків протягом усього року дає можливість виключити одержання великих об’ємів необроблених стоків на території великих ферм і комплексів із виробництва продуктів тваринництва. Отже, з’являються реальні можливості забезпечення охорони довкілля від забруднень, а це має велике не тільки економічне, а і соціальне значення для всіх регіонів, де працюють комплекси.

Основні розробки дисертаційної роботи було розглянуто, схвалено, затверджено і рекомендовано на секції виробництва та переробки продукції тваринництва і птахівництва Науково-технічної ради Мінагрополітики України до впровадження у господарствах.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто сформульована ідея роботи, мета і задачі досліджень, основні наукові положення та методи вирішення проблеми створення та ефективного функціонування ресурсозберігаючих технологій видалення та оброблення гноєвміщуючої продукції при промисловому виробництві продуктів тваринництва до використання з одержанням супутніх продуктів. Ним особисто визначено та обґрунтовано основні напрями досліджень, проведена розробка робочих програм і методик, прийнята безпосередня участь у виконанні експериментальних досліджень із визначенням технологічних параметрів у виробничих умовах запропонованих технологій та вирішено супутні до загальної проблеми завдання, опрацьовано та узагальнено результати проведених досліджень у лабораторних та виробничих умовах, підготовлено та опубліковано результати досліджень.

Основні ідеї, теоретичні положення, висновки і практичні рекомендації, які викладено в роботі, розроблено та сформульовано автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи автор доповідав на: Міжнародній науково-технічній конференції з питань розвитку механізації, електрифікації, автоматизації та технічного сервісу АПК в умовах ринкових відносин (Глеваха 1995); Науково-практичній конференції "Удосконалення існуючих і створення нових генотипів і технологій утримання свиней" (Жодино, 1995); Міжнародній науково-технічній конференції "Шляхи підвищення виробництва та поліпшення якості свинини" (Харків, 1995); 4-й міжнародній конференції "Науково-виробничі аспекти розвитку галузі свинарства (Лісні Поляни, 1997); Міжнародній науково-практичній конференції "Перспективи розвитку скотарства у третьому тисячолітті" (Суми, 2001); І-й міжнародній науково-практичній конференції "Актуальні питання зоотехнічної науки і практики, як основи покращення продуктивних якостей і здоров’я сільськогосподарських тварин" (Ставрополь, 2001); VI-й міжнародній науково-практичній конференції "Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения" (Белгород, 2002); IX-й міжнародній науково-практичній конференції "Актуальні проблеми розвитку галузі свинарства" (Миколаїв, 2002); Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (Глеваха, 2002); VII-й міжнародній науково-практичній конференції "Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения " (Белгород, 2003); ''ХI International Congress in Animal Hygiene'' (Mexico City, 2003); конференції з міжнародною участю "Співробітництво для рішення проблеми відходів" (Харків, 2004); Міжнародній науково-практичній конференції "Пріоритетні напрями удосконалення технології кормів і годівлі тварин у сучасних умовах" (Харків, 2004); Всеукраїнському науково-технічному семінарі “Екологічні проблеми у тваринництві” (Запоріжжя, 2005); Міжнародній конференції (Коблево, 2005); 3-й міжнародній конференції “Енергія із біомаси” (Київ, 2006); Міжнародна конференція “Сучасне свинарство” (Київ 2007); Малому Міжнародному Салоні винаходів і нових технологій “Новий час” (Харків, 2007); III-му Міжнародному Салоні винаходів і нових технологій “Новий час” (Севастополь, 2007), Міжнародній науково-практичній конференції «Новітні технології в свинарстві – сучасний стан і перспективи» (Харків 2007).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 43 статті в наукових журналах та збірниках наукових праць, із числа яких 26 робіт опубліковано у виданнях, що входять до переліку фахових видань ВАК України, з яких 24 - без співавторів. Монографія «Удаление и обработка стоков при промышленном производстве продуктов животноводства». Харьков – ЧПИ «Новое слово», 2007. - 292 с.

Результати розробки захищено чотирма патентами України.

Структура дисертації. Дисертація включає вступ, чотири розділи, висновки, пропозиції виробництву та перелік джерел використаної літератури. Матеріали дисертації викладено на 271 сторінці комп’ютерного тексту, включено 58 таблиць, 117 рисунків і 12 додатків. Список джерел літератури налічує 325 найменувань, у тому числі 38 - іноземних авторів.

Методика і основні методи досліджень. Наукові дослідження проводили згідно з концептуальною схемою (рис. 1). Біоенергетичну оцінку проводили на основі розробленої комп’ютерної моделі пошуку оптимальних рішень щодо видалення та оброблення гноєвміщуючої продукції при виробництві продуктів тваринництва, які розроблено з використанням загальноприйнятих методик. Співвідношення різних видів вологи у стоках і продуктах їх оброблення визначали за методом теплового сушіння зі зняттям кривих кінетики ізотермічного сушіння та одержання кривих швидкості сушіння. Розробку моделі кінетики осадження зважених речовин із вихідних стоків, дослідження технологій та засобів механізації при концентратному типі годівлі проводили за загальноприйнятими методиками та з використанням нормативних документів (ГОСТів, ДСТУ та СОУ). Оптимізацію технологічного процесу одержання кормової добавки проводили за методом планування експерименту. Визначення біогенних елементів проводили з використанням стандартних методик.

РЕЗУЛЬТАТИ ВЛАСНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

Для моделювання та оцінки технологій і технічних засобів видалення та обробки стоків була розроблена комп’ютерна модель блочної структури (рис. 2).

Оцінка технологій і засобів механізації видалення та оброблення гноєвміщуючої продукції при промисловому виробництві продуктів тваринництва. Оцінку та моделювання технологій і технічних засобів видалення та підготовлення стоків до використання проводили на основі розробленої нами комп’ютерної моделі.

Біоенергетична оцінка технологій видалення стоків. Оцінку проводили на комплексі з виробництва 12 тис. ц свинини за рік у господарстві “Агрофірми “Шахтар” для ізольованих секцій із поздовжнім та поперечним їх розміщенням: механізованим видаленням скребачковими транспортерами КСУ-Ф-1-5 і КГС-7 та гідравлічним – самопливні технології безперервної та періодичної дії. Одержані результати свідчать, що при поздовжньому розміщенні ізольованих секцій біоенергетичні витрати на одне скотомісце знаходяться у межах від 5073,13 МДж до 5065,0 МДж при механізованому видаленні та у межах від 4138,29 МДж до 4260,05 МДж при технологіях гідравлічного видалення. При поперечному розміщенні ізольованих секцій у приміщенні витрати на одне скотомісце при реалізації технологій механізованого видалення становлять 3192,24 МДж, а технології гідравлічного видалення - 2782,82 - 2891,11 МДж.

Наведені дані свідчать, що використання технологій гідравлічного видалення стоків більш доцільне в порівнянні з механізованим видаленням, як при поперечному, так і при поздовжньому розміщенні ізольованих секцій, оскільки, капітальні вкладення й експлуатаційні витрати знижуються на 12,83 - 18,43 % із розрахунку на одне скотомісце.

Технології видалення стоків при поперечному розміщенні ізольованих секцій потребують менших капітальних вкладень і експлуатаційних витрат у порівнянні з розміщенням секцій уздовж приміщення і дають змогу знизити їх на 32,78 - 36,97 % у розрахунку на одне скотомісце.

Біоенергетична оцінка технологічного процесу розділення стоків на різних пристроях. Проведена оцінка найбільш поширених у виробництві процесів устоювання стоків: вертикальних і горизонтальних відстійників, засобів механізації для розділення стоків із блоком тонкошарового устоювання. Встановлено, що найменші біоенергетичні витрати на розділення вихідних стоків мають місце при використанні пристрою для розділення стоків (625653 МДж/рік) і вони на 7,6 % менші, ніж у горизонтальному відстійнику і на 17,9 % менші, ніж у вертикальних відстійниках. Крім того, враховуючи те, що у пристрої для розділення стоків отримують осад із меншою вологістю відповідно на 8 - 9 % та 8 -10 %, ніж в інших пристроях, то його найбільш доцільно широко застосовувати в сучасних технологічних лініях оброблення стоків.

Біоенергетична оцінка технологічного процесу збезводнення осаду стоків на різних пристроях. Визначення біоенергетичних витрат на технологію оброблення осаду з використанням різних засобів механізації на комплексі з виробництва 12 тис. ц м’яса за рік свідчить, що найменші біоенергетичні витрати на збезводнення осаду забезпечувались при використанні бункера-збезводнювача і вони становили 110395 МДж/рік. Біоенергетичні витрати при використанні наведених систем збезводнення осаду знаходяться в межах від 110395 МДж/рік до 576007 МДж/рік. Використання бункера-збезводнювача осаду дає можливість знизити біоенергетичні витрати у 1,27 раза в порівнянні з фільтруючою центрифугою УОН-700 і в кілька разів - у порівнянні з осаджувальною центрифугою, фільтр-пресом; вакуум-фільтром та бункером-дозатором.

Біоенергетична оцінка технологій оброблення стоків з блоком механічного розділення. Оцінку технологічних ліній, укомплектованих різними пристроями для розділення стоків та збезводнення осадів, проводили на комплексі з поголів’ям 12 тис. свиней при комбінованому (вихід стоків 250 т за добу) та гідрозмивному способах (вихід стоків 600 т за добу) видалення стоків., До складу різних технологічних ліній розділення стоків входили такі засоби: пристрій для розділення стоків та бункер-збезводнювач осаду (УРС); горизонтальний відстійник ООС-25 (ГВ), фільтрувальна центрифуга УОН-700 із проміжними насосами ЦМФ; сито дугове СД-Ф-50, прес ПЖН-68А, відстійник ООС-25 і центрифугою УОН-700 та проміжними насосами ЦМФ; вертикальний відстійник (ВВ), фільтрувальна центрифуга УОН-700, осаджувальна центрифуга ОГШ-502К-4 та проміжні насоси ЦМФ.

Установлено, що найменші біоенергетичні витрати на розділення вихідних стоків мають місце при використанні установки для розділення стоків і вони становили 731939 МДж та 823569 МДж при обробці відповідно 250 т та 600 т стоків за добу. Використання УРС дає змогу знизити витрати при обробленні 250 т вихідних стоків у 1,4 раза в порівнянні з відстійниками ООС-25 та центрифугою УОН-700 у 2,53 раза в порівнянні з центрифугою УОН-700 і відстійниками ООС-25; та у 1,87 раза в порівнянні з ситом СДФ-50, пресом ПЖН-68А, відстійником ООС-25 і центрифугою УОН-700. Наведені дані також свідчать, що в технологічних лініях розділення стоків вихідні стоки доцільно розділювати з використанням процесу відстоювання з наступним збезводненням осаду шляхом фільтрування. Так, при використанні в технологічних лініях одного й того ж обладнання, наприклад, відстійника ООС-25 та фільтрувальної центрифуги УОН-700, при розділенні вихідних стоків на відстійнику ООС-25 та збезводнюванні осаду на центрифузі УОН-700 забезпечується зниження біоенергетичних витрат на оброблення стоків у 1,8 раза у порівнянні з технологією, де вихідні стоки розділювали на центрифузі УОН-700, а фільтрат освітлювали у відстійнику ООС-25.

Обґрунтування та розробка удосконаленої технології видалення стоків при концентратному типі годівлі та їх перемішування. Для зниження капітальних вкладень при будівництві ресурсозберігаючих технологій видалення стоків нами запропонована удосконалена самопливна технологія безперервної дії з донним шибером (Пат. №53605А, Україна). До такої технології, фрагмент якої наведено на рис. 3, входять ванна, канали 1 і 2, які перекриті решітчастою підлогою 3 та з’єднані між собою лотком 4, донний шибер 5 з переливною трубою 6, трубопровід 7, оглядовий колодязь 8, колектор 9.

Дослідження фрагменту удосконаленої самопливної технології безперервної дії свідчать, що витрати води на видалення стоків в експериментальному варіанті становили 0,0005 – 0,00055 м3 на кілограм нативного гною, який надійшов до технології видалення стоків при тиску в системі подачі води для видалення 2 кг/см3. Повнота видалення гною в такій удосконаленій технології становила 32,2 %, а в базовій – 30,4 %. Вологість осаду в технології видалення знаходилась у межах від 82,72 % до 87,19 %. Вміст біогенних - азоту, фосфору, калію в осаді стоків становив відповідно 0,21 - 0,38 %; 0,11 - 0,18 %; 0,03 - 0,13 % від сухої речовини.

Статистичне опрацювання результатів експерименту з визначення витрат води при видаленні стоків та повноти видалення гною в удосконаленій та базовій технологіях показало, що з достовірністю р 95 % одержані результати за цими технологіями не відрізнялись.

Виробнича перевірка та визначення біоенергетичної ефективності удосконаленої самопливної технології видалення стоків при концентратному типі годівлі. Проведені дослідження щодо розробки та обґрунтування удосконаленої самопливної технології видалення стоків безперервної дії покладені в основу розробленої нами технологічної частини «Проекту технології видалення та збирання стоків на комплексі з виробництва 12 тис. ц свинини за рік». Результати визначення біоенергетичних витрат при використанні удосконаленого та базового варіантів вказують, що при використанні удосконаленої самопливної технології видалення стоків біоенергетичні витрати на виробничих зонах знаходились у межах від 253558 МДж до 488551 МДж, а у базових варіантах від 313455 МДж до 552727 МДж.

Обґрунтування, розробка та біоенергетична оцінка різних технологій перемішування стоків. Для забезпечення перемішування стоків у приймальних резервуарах та їх подавання до цеху розділення було розроблено комплект обладнання з гідравлічною технологією перемішування, схеми яких наведено на рис. 4.

Випробування показали, що через 30 хвилин після початку перемішування концентрація зважених речовин у стоках досягала максимального значення і практично в подальшому не змінювалася. Проведена нами біоенергетична оцінка розроблених гідравлічних технологій перемішування із насосами типу ЦМФ160/10, ФГ144/46в, НЖН-200 показала, що питомі сукупні витрати енергії знаходяться у межах від 3,41 МДж/м3 до 4,9 МДж/м3. Використання запропонованого комплекту обладнання з насосом ЦМФ160/10 дає змогу знизити біоенергетичні витрати на процес перемішування в 1,37 та 1,44 раза у порівнянні з насосом ФГ144/46в та НЖН-200, відповідно.

Розробка та перевірка технологій оброблення гноєвміщуючої продукції при промисловому виробництві продуктів тваринництва із отримання супутніх продуктів – високоякісних органічних добрив та кормової добавки. Ефективним способом поліпшення використання поживних речовин стоків та продуктів їх оброблення є одержання з гноєвміщуючої продукції високоякісних органічних добрив та кормової добавки для тваринництва, що забезпечує збільшення урожайності сільськогосподарських культур та підвищення продуктивності тварин, а також поліпшує захист довкілля від забруднень. Технологія оброблення гноєвміщуючої продукції (рис. 5) включає процеси: оброблення стоків або напіврідкого гною, карантинування отриманих продуктів та підстилкового гною, біотермічне оброблення твердої частини продуктів підприємств із виробництва тваринницької продукції, часткове її вермикомпостування, одержання кормових біодобавок і використання їх при годівлі тварин із використанням продуктів оброблення для удобрення та зрошування сільськогосподарських угідь.

Обґрунтування основ теорії створення ресурсозберігаючих технологій оброблення стоків із блоком механічного розділення.

Вивчення впливу та виявлення закономірностей розподілу форм вологи у стоках при різних технологічних процесах їх оброблення. Дослідження щодо визначення співвідношення різних форм вологи у стоках та вплив різних технологій оброблення стоків на ці співвідношення при концентратному типі годівлі тварин проведені у лабораторних умовах та на блоці механічного розділення очисних споруд свинарського комплексу ВСАТ "Агрокомбінат "Слобожанський". Одержані результати наведені в табл. 1 та на рис. 6.

Таблиця 1

Вологість вихідних стоків та продуктів їх обробки після видалення вільної вологи

Вид стоків та продуктів їх оброблення | Середнє значення вологості, %;

M±m

Вихідні стоки | 88,35±0,25

Осад з вихідних стоків | 73,05±0,13

Осад з фільтрату | 92,56±0,20

Фільтрат оброблений коагулянтом | 85,67±1,90

Дослідження показали, що в осаді вихідних стоків відносний вміст вільної вологи збільшувався на 12,76 % у порівнянні з вихідними стоками. У той же час в осаді фільтрату відносний вміст вільної вологи зменшився на 4,97 % у

порівнянні з вихідними стоками, і на 17,72 % - відносно осаду вихідних стоків.

Оброблення фільтрату коагулянтом дало змогу збільшити відносний вміст вільної вологи в ньому на 5,98 %. Аналіз результатів визначення співвідношення різних форм зв’язку вологи з твердою фазою показує, що в осаді, який одержано після розділення вихідних стоків устоюванням, при видаленні усієї вільної вологи можна одержати тверду фракцію вологістю 73,05 %, а з осаду фільтрату лише 92,56 %. Довірча вірогідність склала р 0,95.Видалити вільну вологу з осаду можна найменш енергоємним процесом - гравітаційним фільтруванням та одержувати тверду фракцію з вологістю, яка забезпечує проходження біотермічних процесів для знезараження твердої фракції й її внесення за технологією підстилкового гною.

Таким чином, дослідження щодо визначення співвідношення різних типів вологи у стоках і продуктах їх оброблення показали недоцільність видалення крупних частинок із стоків перед процесом устоювання, якщо не забезпечується одержання рідкої фракції вологістю, яка б виключала випадання осаду з неї.

Розробка математичної моделі кінетики осадження зважених речовин із вихідних стоків при концентратному типі годівлі. Нами розроблена математична модель ефективності Еf, тонкошарового устоювання стоків при концентратному типі годівлі залежно від концентрації забруднень Cвих, г/л, шару устоювання h, м та часу устоювання t, хв, що має вигляд:

Еf=(69.48606+1.81404·Cвих){1-Ехр[-(0,17699+0,000963·Свих+0,029395/h -

- 0,000853·Свих/h) t]} (1)

Використання одержаної математичної моделі, зокрема, для визначення ефективності устоювання стоків із концентрацією забруднень 8,2 г/л та накладенням експериментальних даних наведено на рис. 7.

Результати досліджень були використані для обґрунтування набору технологічних процесів та конструкції пристроїв для оброблення стоків.

Основи теорії створення ресурсозберігаючих технологій оброблення стоків. Результати наших досліджень свідчать, що техніко-економічні показники процесу підготовки стоків до використання з блоком механічного розділення значною мірою залежать від набору і послідовності виконання згаданих технологічних операцій (табл. 2).

Рис. 7. Залежність ефек-тивності устоювання стоків від часу і висоти h для Свих.=8,2 г/л (позначки – екcперимент, лінії – модель).

Наведені дані показують, що технологічні лінії оброб-лення стоків із блоком механічного розділення, в яких використовуються процеси устоювання вихідних стоків, а потім збезводнення осаду, забезпечують зниження біоенергетичних витрат для установки розділення стоків (УРС) конструкції Інституту тваринництва УААН в 1,40 – 2,53 рази в порівнянні з технологіями, де використовують процеси фільтрування для оброблення вихідних стоків на фільтрувальній центрифузі УОН-700 та ситі дуговому СД-Ф-50.

Використання горизонтального відстійника для розділення вихідних стоків дає змогу знизити біоенергетичні витрати в 1,33 - 1,87 рази в порівнянні з технологіями, в яких для оброблення вихідних стоків використовують фільтрувальні пристрої та устоювання фільтрату та в подальшому збезводнення осаду. У той же час проведені дослідження щодо визначення співвідношення різних форм вологи у стоках та продуктах їх оброблення показали, що при устоюванні вихідних стоків в їх осаді збільшувався відносний вміст вільної вологи на 12,76 % у порівнянні з вихідними стоками. Використання процесу фільтрування для розділення вихідних стоків із подальшим устоюванням фільтрату призводило до зменшення в осаді фільтрату відносного вмісту вільної вологи на 4,97 % у порівнянні з вихідними стоками та на 17,72 % - з осадом вихідних стоків.

Таблиця 2.

Співвідношення біоенергетичних витрат за технологіями оброблення стоків

Технології розділення стоків | Вихід стоків,

т | Співвідношення питомих витрат, разів

УРС,

ІТ УААН | ООС-25+ЦМФ+ УОН-700+ЦМФ

УРС | 250 | 1,00 | 1,40

ООС-25+ЦМФ+ УОН-700+ЦМФ | 250 | 1,40 | 1,00

УОН-700+ЦМФ+ООС-25 +ЦМФ | 250 | 2,53 | 1,82

СД-Ф-50 + ПЖН-68А + ЦМФ + ООС-25 + ЦМФ + УОН-700 | 250 | 1,87 | 1,33

За результатами проведених нами досліджень встановлені тенденції щодо доцільності використання процесу устоювання вихідних стоків у технологічних лініях їх оброблення, що дало змогу сформулювати основи теорії створення ресурсозберігаючих технологій оброблення стоків із блоком механічного розділення при промисловому виробництві свинини.

Ці основи передбачають: обробку вихідних стоків у блоці тонкошарового устоювання з одночасним ущільненням осаду з вихідних стоків до вологості не вище 92 % та гравітаційним безреагентним збезводнюванням цього осаду з подальшим карантинуванням твердої фракції і її біотермічним знезараженням та карантинуванням рідкої фракції і її дегельмінтизацію устоюванням (Пат. 53602А. Україна).

Реалізація основ теорії створення ресурсозберігаючих технологій оброблення стоків з блоком механічного розділення.

Розробка технологічної схеми ресурсозберігаючої технології оброблення стоків з блоком механічного розділення. Із урахуванням досвіду експлуатації очищувальних споруд, вимог відомчих норм технологічного проектування систем підготовки й використання гною і результатів наших досліджень була розроблена ресурсозберігаюча технологія оброблення тваринницьких стоків при промисловому виробництві свинини.

Розроблена технологія включає процеси розділення стоків на рідку і тверду фракції на удосконаленій установці, карантинування рідкої та твердої фракцій, дегельмінтизацію рідкої фракції й біотермічне знезараження твердої фракції та їх утилізацію при виробництві рослинницької продукції. При розділенні стоків на удосконаленій установці ми реалізували наступні процеси: попереднього виділення грубих частинок із вихідних стоків, тонкошарового устоювання стоків, спільного ущільнення виділених грубих частинок та осаду і гравітаційного збезводнення ущільненого осаду та механічного спонукання вивантаження твердої фракції.

Схема технологічного процесу підготовки стоків на очисних спорудах наведена на рис. 8.

Оброблення стоків відповідно до запропонованої технології проводили таким чином. Стоки з приймального резервуара 1 подають у буферну місткість 3, звідки насосом подають у пристрій для розділення 5. У пристрої для розділення стоки розділяються на рідку фракцію й осад, який підлягає ущільненню. Рідка фракція самопливом надходить до місткості для карантинування рідкої фракції 13. Ущільнений осад із пристрою для розділення 5 під дією гідростатичного тиску періодично подається в бункер-збезводнювач 6 і після збезводнення за допомогою транспортера 7 тверда фракція подається на площадку для карантинування і зберігання 8. З-під транспортера 7 тверда фракція переміщується на карантинування і після 6-денної витримки її вивозить у бурт для біотермічного знезараження. Рідку фракцію по черзі подають до однієї з місткостей для карантинування 13. Направлення рідкої фракції до тієї чи іншої місткості забезпечується за рахунок запірної арматури. Після 6-денного карантинування рідкої фракції й її дегельмінтизації способом устоювання протягом шести днів, рідку фракцію подають до става-накопичувача 14. Для запобігання потрапляння донного осаду з гельмінтами до става-накопичувача, місткості для карантинування

рідкої фракції 13 обладнують спеціальними регулюючими пристроями. Ці пристрої дають змогу подавати дегельмінтизовану рідку фракцію до става-накопичувача, а також донного осаду з гельмінтами знову в пристрій для розділення 5, або в літний період – періодично на бурт 10. У подальшому тверду і рідку фракції використовують для удобрення сільськогосподарських угідь.

Дослідження засобів механізації для оброблення стоків при концентратному типі годівлі з отриманням супутніх продуктів. Ефективність роботи засобів механізації для розділення стоків залежить від їх конструктивних особливостей. У зв'язку з цим та з урахуванням основ теорії створення ресурсозберігаючих технологій оброблення стоків із блоком механічного розділення було розроблено удосконалений пристрій для розділення вихідних стоків (Пат. №33437А, Україна).

Дослідження пристрою з блоком тонкошарового устоювання для розділення вихідних стоків показало, що ефективність розділення вихідних стоків з збільшенням витрат вихідних стоків зменшується (рис. 9). Кращий показник Е=54,9 % одержано під час розділення вихідних стоків із витратою 37,5 м3/год. Збільшення витрат до 60 м3/год призвело до незначного зниження ефективності розділення - 50,3 %.

Подальше збільшення витрат до 80 - 100 м3/год спричиняє інтенсивне зниження ефективності розділення до 34,0 % - 24,7 %, відповідно.

Дослідження також показали, що вологість осаду з пристрою для розділення стоків після ущільнення протягом 3 - 7 годин знаходилась у межах 92,4 - 84 % (рис.10). Довірча вірогідність склала р 0,95.

Оптимальна продуктивність запропонованого пристрою становить 60 м3/год із одержанням осаду вологістю 84 - 92,14 %, яка забезпечує ефективне його збезводнення при подальшій обробці в технології підготовки стоків до використання.

З урахуванням розроблених нами основ теорії ресурсозберігаючої підготовки стоків до використання нами розроблено удосконалений пристрій для збезводнення осаду, який одержано на пристроях устійного типу з вихідних стоків (пат. №18528, Україна).

Результати досліджень щодо визначення впливу вологості осаду вихідних стоків при концентратному типі годівлі тварин на тривалість та ефективність збезводнення наведені на рис. 11.

Із наведених графічних залежностей видно, що при збільшенні вологості осаду ефективність збезводнення, продуктивність, швидкість фільтрування в бункері-збезводнювачі зменшувались, а час збезводнення збільшувався. При зміні вологості осаду Wo з 84,0 % до 93,68 % час збезводнення t збільшувався з 0,58 год. до 3,24 годин, відповідно. Зміна вологості осаду в цьому ж діапазоні призвела до зменшення ефективності збезводнення E з 94,83 % до 75,89 % і продуктивності бункера-збезводнювача Q з 5,5 м3/год до 2,05 м3/год. Вологість твердої фракції WT змінювалась від 76,92 % до 80,6 % - р 0,95.

Дослідження ефективності теоретичних основ і практичних методів реалізації ресурсозберігаючої, конкурентоспроможної технології оброблення гноєвміщуючої продукції з блоком механічного розділення. Перевірку проводили на племфермі ВСАТ “Агрокомбінат “Слобожанський” з поголів’ям 12 тис. свиней за концентратного типу годівлі. Встановлено, що продуктивність технологічної лінії склала 60 м3/год, вологість рідкої фракції після розділення становила 99,37 0,09 %, а після її карантинування 99,61 0,10 %. Вологість осаду, що одержано після розділення вихідних стоків, становила 86,45 2,45 %, це дало можливість використання безреагентного його збезводнення гравітаційним фільтруванням. Вологість твердої фракції після збезводнення осаду становила 75,08 1,89 %, а після карантинування та біотермічного знезараження – 78,01 1,80 %.

Таким чином, результати виробничої перевірки підтвердили можливість одержання після механічного безреагентного розділення стоків двох кондиційних продуктів - рідкої фракції, вологістю вище 99 %, та твердої фракції вологістю 73,18 - 76,92 %. Вміст біогенних елементів у відсотках від сухої речовини: азоту (N), фосфору (Р) та калію (К) у рідкій фракції після карантинування знаходився в межах: N=0,008 - 0,015; Р=0,005 - 0,013; К=0,014 - 0,018; а у твердій фракції після шестимісячного зберігання відповідно: N=0,351 - 0,432; Р=0,163 - 0,232; К=0,046 - 0,07.

Упровадження розробленої нами технологічної лінії підготовки стоків до використання дає змогу отримувати два кондиційні продукти - тверду та рідку фракції і при зберіганні фракцій сумарні витрати сухої речовини та азоту значно нижчі (відповідно на 40 % і 50 %), ніж при зберіганні у сховищах нерозділених стоків. Отже, технологія забезпечує помітне зниження не лише витрат ресурсів, але і забруднень довкілля при підготовці стоків до утилізації, що має не лише економічне, але і соціальне значення для народного господарства України.

Технологія одержання кормової добавки з продуктів оброблення гноєвміщуючої продукції при виробництві продуктів тваринництва.

Розробка технічних умов на виробництво кормової добавки «Гумісол Т». При розробці документації на виробництво та застосування кормової добавки «Гумісол-Т», у рамках договорів з «Агрофірмою Гермес», були розроблені Технічні умови – «Добавка кормова біологічно активна для сільськогосподарських тварин та птиці «Гумісол-Т» - ТУУ 15.7-19380560-006: 2006.

У рамках розробки технічних умов були розроблені зокрема: технологічна інструкція з виробництва добавки кормової біологічно активної для сільськогосподарських тварин та птиці з вермикомпосту «Гумісол-Т» ТІ 19380560-006: 2006 та Настанова для застосування кормової біологічно активної добавки для свиней «Гумісол-Т». Основою для розробки послужили, зокрема, матеріали, викладені у заключному звіті «Розробити і дослідити високоефективні технології та технічні засоби прибирання та підготовки стоків до утилізації, які забезпечують охорону навколишнього середовища» - державна реєстрація № 0104U2997.

Розробка та оптимізація удосконаленої технології одержання кормової добавки з продуктів оброблення стоків. Серед факторів, які визначають ефективність виробництва продукції тваринництва на одному з перших місць стоїть створення міцної кормової бази.

На сучасному етапі в практиці тваринництва з метою підвищення продуктивності тварин використовують цілий ряд кормових добавок і особливо - природного походження, до яких відносять і препарати, які містять гумінові сполуки. Нами запропонована удосконалена технологія одержання кормової добавки та добрива з продуктів обробки стоків (рис. 12).

Проведено оптимізацію удосконаленої технології одержання