Повышение эффективности переработки свиного навоза путем оптимизации технологических процессов и формирования адаптивных технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Шалавина Екатерина Викторовна

• Шалавина Екатерина Викторовна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Шалавина Екатерина Викторовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПОДОТРАСЛИ СВИНОВОДСТВА

1.2 ИСТОЧНИКИ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СВИНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

1.3 АНАЛИЗ СИСТЕМ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКОГО СВИНОГО НАВОЗА

1.3.1 ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА МЕТОДОМ ДЛИТЕЛЬНОГО ВЫДЕРЖИВАНИЯ И ВНЕСЕНИЯ НА ПОЛЯ

1.3.2 ТЕХНОЛОГИЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НАВОЗА НА ФРАКЦИИ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ПЕРЕРАБОТКОЙ ТВЕРДОЙ И ЖИДКОЙ ФРАКЦИИ

1.3.3 ТЕХНОЛОГИИ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА

1.3.4 ЗАРУБЕЖНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКОГО СВИНОГО НАВОЗА

1.4 РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА ДЛЯ КОНКРЕТНОГО СВИНОВОДЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

1.5 КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЙ

1.6 КРАТКИЕ ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПО ФОРМИРОВАНИЮ МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА

2.1 ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЙ

2.2 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЙ

2.3 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНИЙ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА

2.3.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ НАВОЗА

2.3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИЙ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ СВИНОГО НАВОЗА

2.3.3 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

2.3.4 РАСЧЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

2.3.5. РАСЧЕТ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

2.4 ТЕОРИЯ РАССМОТРЕНИЯ ПРОЦЕССА СЕДИМЕНТАЦИИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ОСВЕТЛЕНИЮ ЖИДКОЙ ФРАКЦИИ СВИНОГО НАВОЗА, ПОДОБИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

2.5 ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА В АЭРОТЕНКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИКЛИЧЕСКИХ ОТСТОЙНИКОВ

2.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ ПЕРВИЧНОГО ЦИКЛИЧЕСКОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТСТОЙНИКА

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА В АЭРОТЕНКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИКЛИЧЕСКИХ ОТСТОЙНИКОВ

3.1 ПРОГРАММА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.2 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ВОЗДУХА И ВЫБОР ВОЗДУХОДУВНОГО УСТРОЙСТВА

3.4 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ87

3.4.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИИ

3.4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПРАВОЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПРИ СЕДИМЕНТАЦИИ ЖИДКОЙ ФРАКЦИИ СВИНОГО НАВОЗА

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

4.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИИ

4.1.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПЕРВИЧНОЙ СЕДИМЕНТАЦИИ

4.1.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ АЭРАЦИИ

4.1.3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВТОРИЧНОЙ СЕДИМЕНТАЦИИ

4.1.4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛИТЕЛЬНОГО ВЫДЕРЖИВАНИЯ

4.2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА В АЭРОТЕНКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИКЛИЧЕСКИХ ОТСТОЙНИКОВ

4.3 РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОПРАВЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА

4.4 ПРОГРАММА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА

4.5 РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ НА ПРИМЕРЕ СВИНОКОМПЛЕКСА ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

ГЛАВА 5. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКОГО СВИНОГО НАВОЗА В АЭРОТЕНКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИКЛИЧЕСКИХ ОТСТОЙНИКОВ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Пример расчета распределения массы при первичной седиментации

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Экспериментальные данные

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Патент №139469

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Патент №145378

ПРИЛОЖЕН ИЕ 5. Акт внедрения

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Диплом

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности переработки свиного навоза путем оптимизации технологических процессов и формирования адаптивных технологий»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В Северо-Западном Федеральном Округе расположено более 600 крупных животноводческих предприятий, включающих свиноводство, птицеводство и крупный рогатый скот (КРС). Эти предприятия занимают суммарно более 5 миллионов гектар сельскохозяйственных угодий, в них содержится более 920 тысяч голов КРС, около 520 тысяч свиней и более 30 миллионов голов птицы.

Одним из положений стратегии социально-экономического развития Северо-Западного Федерального Округа на период до 2020 года является развитие агропромышленного комплекса, в котором свиноводство является одним из приоритетных направлений. Основным направлением будет увеличение объема производства сельскохозяйственной продукции, необходимой для импортозамещения и, в итоге, для обеспечения продовольственной безопасности.

Ленинградская область является одним из лидеров по производству животноводческой продукции в СЗФО; на нее приходится более 150 тысяч голов свиней. Начиная с 2004 года, в Ленинградской области наблюдается устойчивый рост поголовья свиней.

Развитие свиноводства на промышленной основе привело к резкому увеличению образующегося на свинокомплексах жидкого свиного навоза.

Кроме того, вследствие сброса недостаточно очищенных сельскохозяйственных стоков практически повсеместно происходит загрязнение водных объектов и всей окружающей среды. Применение навоза в свежем виде в качестве удобрения приводит не только к загрязнению окружающей среды, но и к заражению сельскохозяйственных культур болезнетворными микробами [1].

На крупных свиноводческих комплексах с поголовьем более 10000 голов образуется в сутки более 115 тонн жидкого свиного навоза, который необходимо перерабатывать в соответствие с различными технологиями, отвечающими нормам технологического проектирования. Однако на многих животноводческих комплексах отсутствует в достаточной степени надежное и

высокопроизводительное оборудование, необходимое для переработки всего образующегося жидкого свиного навоза.

Вследствие этого не все крупные животноводческие комплексы получают конечные продукты переработки навоза, удовлетворяющие агротехнологическим и санитарным требованиям [2, 3]. При этом экологический ущерб (на примере Ленинградской области) может составить 4,5 миллиарда рублей в год.

Вопрос повышения эффективности переработки жидкого свиного навоза является актуальным, а существующая проблема еще не недостаточно решена, поэтому нуждается в дальнейшей разработке.

В связи с этим целесообразно провести анализ современного состояния и тенденций развития технологий по переработке жидкого навоза. На основе проведенного анализа разработать математическую модель и алгоритм выбора технологий переработки жидкого свиного навоза в промышленных масштабах.

Результаты научно-исследовательской работы могут быть использованы при разработке рекомендаций, проектных предложений и проектов для конкретных хозяйств, при строительстве новых и модернизации действующих животноводческих комплексов.

Цель исследования. Повышение эффективности переработки свиного навоза и повышение экологической безопасности сельскохозяйственного производства путем оптимизации технологических процессов и формирования адаптивных технологий.

Объект исследования. Технологии и технические средства переработки свиного навоза.

Методика исследования. При выполнении диссертационного исследования использовались как стандартные, так и частные методики исследования с обработкой данных на персональном компьютере с использованием программных пакетов STATGRAPHICS® Centurion XV, Microsoft Office Excel 2007 и AutoCad-2015.

Научная новизна. Научная новизна заключается в следующем:

- разработана методика автоматизированного выбора технологий переработки свиного навоза, для условий конкретного хозяйства;

- разработана математическая модель выбора технологий переработки свиного навоза с учетом условий конкретного хозяйства и критериев обеспечения экологической безопасности;

- разработана математическая модель описания отдельных процессов технологии глубокой переработки свиного навоза в аэротенке с использованием циклических отстойников и получены необходимые значения коэффициентов для расчета технологических параметров;

- обоснована технологической схема устройства биологической очистки жидкой фракции свиного навоза (патент №139469 РФ);

- разработан порядок расчета критериев выбора адаптивных технологий;

- разработан алгоритм выбора адаптивных технологий переработки свиного навоза.

Практическая значимость. На основании проведенных исследований обоснована технологическая схема устройства биологической очистки жидкой фракции свиного навоза (патент №139469 РФ). Разработана программа автоматизированного выбора адаптивных технологий переработки свиного навоза с оценкой их экологической эффективности. Предложенные методы и алгоритмы диссертационной работы использованы при разработке проектных предложений по созданию сооружений по транспортировке, разделению, хранению, подготовке и использованию жидкой и твердой фракции навоза на свиноводческом комплексе «БОР».

Достоверность научных положений подтверждается результатами экспериментальных исследований, полученными с использованием современных измерительных устройств, при достаточном количестве повторностей опытов. Опытные данные обработаны с использованием методов математической статистики.

Апробация работы. Основное содержание диссертации доложено и обсуждено на научных конференциях молодых ученых в Санкт-Петербургском Государственном аграрном университете и Всероссийском Научно -Исследовательском Институте Механизации Животноводства в 2013, 2014 и 2015 годы.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 18 печатных статьях, в том числе 5 в журналах, рекомендованных ВАК. Получены 2 патента РФ на полезные модели.

Основные положения, выносимые на защиту:

- методика автоматизированного выбора технологий переработки свиного навоза, для условий конкретного хозяйства;

- математическая модель выбора технологий переработки свиного навоза с учетом условий конкретного хозяйства и критериев обеспечения экологической безопасности;

- математическая модель описания отдельных процессов технологии глубокой переработки свиного навоза в аэротенке с использованием циклических отстойников и полученные необходимые значения коэффициентов для расчета технологических параметров;

- технологическая схема устройства биологической очистки жидкой фракции свиного навоза (патент №139469 РФ);

- порядок расчета критериев выбора адаптивных технологий;

- алгоритм выбора адаптивных технологий переработки свиного навоза;

- программа автоматизированного выбора адаптивных технологий переработки свиного навоза с оценкой их экологической эффективности.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 105 наименований и 6 приложений. Текстовая часть работы содержит 152 страницы машинного текста, 17 таблиц и 57 рисунков.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПОДОТРАСЛИ СВИНОВОДСТВА

Повышение эффективности сельскохозяйственного производства - одна из важнейших экономических проблем, от решения которой зависит продовольственная безопасность страны и уровень жизни населения. В современных условиях развития сельского хозяйства важным становится выбор наиболее эффективных производств. В этой связи особую значимость имеет свиноводство как наиболее распространенная и традиционная для России отрасль с большими потенциальными возможностями.

В 90-е годы в отрасли произошли негативные изменения: резко сократились поголовье свиней в сельхозпредприятиях, которое начало увеличиваться только в 2000-е годы [4, 5]. Динамика изменения среднегодового поголовья свиней в СЗФО (по состоянию на 1 декабря) представлена на рисунке 1.

2 000, 1 800, 1 600, 1 400, 1 200, 1 000, 800, 600, 400, 200, 0,

О*4гчт^1люг-~ооо10*4гчт^1люг-~ооо10*4гчт^ 010101010101010101010000000000*4*4*4*4*4 01010101010101010101000000000000000 *4*4*4*4*4*4*4*4*4*4ГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧ

годы

Рисунок 1 - Динамика изменения среднегодового поголовья свиней в сельскохозяйственных предприятиях СЗФО

Северо-Западный федеральный округ занимает важное место в экономической жизни России, как по своему географическому положению, так и вследствие особой специфики экономики. Эта специфика в первую очередь определяется тем, что промышленное производство в округе в равной степени

развито как в высокотехнологичных отраслях (машиностроение, химия, пищевая и легкая промышленность), так и в отраслях сырьевого характера (нефть, лес, рыбная промышленность, сельское хозяйство).

Более 27% сельскохозяйственной продукции СЗФО приходится на Ленинградскую область.

За последние десятилетия свиноводство Ленинградской области претерпело большие изменения.

В 1990 году поголовье свиней в сельхозпредприятиях составляло 551 тыс. голов, к 1999 году сократилось до 92,2 тыс. голов, а в 2005 году насчитывалось 33,6 тыс. голов. В 2004 -2005 годах поголовье достигло минимума, а с 2006 года наблюдалась тенденция роста поголовья свиней. За период с 2005 года поголовье увеличилось более чем в 4 раза и составило 146,6 тыс голов в 2009 году [6]. Однако после 2012 года рост поголовья замедлился и к концу 2014 года поголовье свиней составило 191,7 тыс. голов, всего 100,5% к уровню 2013 года. Динамика изменения среднегодового поголовья свиней в Ленинградской области представлена на рисунке 2.

600, 500, 400, 300, 200, 100, 0,

О*4гчт^1люг-~ооо10*4гчт^1люг-~ооо10*4гчт^ 010101010101010101010000000000*4*4*4*4*4 01010101010101010101000000000000000 *4*4*4*4*4*4*4*4*4*4ГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧ

годы

Рисунок 2 - Динамика изменения среднегодового поголовья свиней в сельскохозяйственных предприятиях в Ленинградской области

Развитие агропромышленного комплекса, предусмотренное стратегией развития до 2020 года, несомненно, вызовет в ближайшем будущем рост

поголовья свиней в Ленинградской области, а это в свою очередь еще больше обострит проблему повышения эффективности переработки свиного навоза.

В 2012 году закончилась реализация программы «Развитие свиноводства в Российской Федерации на 2010-2012 годы». Результатом программы стало увеличение производства свинины до 2,7 млн. тонн. 10 августа 2011 года был подписан приказ Минсельхоза РФ № 267 «Об утверждении стратегии развития мясного животноводства в Российской Федерации до 2020 года». Разработан проект отраслевой программы «Развитие свиноводства в 2010-2015 годы и на период до 2020 года». Целью данной программы является создание в Ленинградской области благоприятных условий для развития свиноводства, повышения его конкурентоспособности и обеспечение на этой основе роста объемов реализации высококачественной свинины на продовольственном рынке региона.

1.2ИСТОЧНИКИ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СВИНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

В начале 1970 годов в СССР было развернуто масштабное строительство животноводческих комплексов промышленного типа по выращиванию и откорму свиней. Создание таких животноводческих комплексов обеспечивало широкую автоматизацию и электрификацию труда; содержание животных осуществлялось без применения подстилки. Это повлекло за собой образование значительных объемов отходов, являющихся источниками негативного воздействия на окружающую среду.

Выделение загрязняющих веществ в окружающую среду на свинокомплексе происходит:

1. При процессах содержания, выращивания, откорма и воспроизводства свиней;

2. При сжигании туш павших животных в крематории;

3. При удалении и переработке жидкого свиного навоза;

4. При производстве мясопродуктов на бойне.

Основным источником негативного воздействия на окружающую среду является навоз. При необоснованном выборе технологии переработки и неправильном использовании навоза, данный отход производства может представлять угрозу окружающей среде [7]. Опасность данного продукта подтверждена утвержденным федеральным классификационным каталогом отходов (Приказ №445 от 18 июля 2014 года, таблица 1).

Таблица 1.

Коды навоза и помета по федеральному классификационному каталогу отходов

(ФККО)

Класс

Код Наименование

опасности

1310010103013 Навоз от свиней свежий 3

1310010103004 Навоз от свиней перепревший 4

Химические свойства жидкого свиного навоза определяются содержанием питательных веществ (азот, фосфор, калий и микроэлементы). Усредненный химический состав свиного навоза, полученный по результатам исследований в ГНУ СЗНИИМЭСХ (ИАЭП) за 2010-2015 годы представлен в таблице 2.

Таблица 2.

Усредненный химический состав свиного навоза (2010-2015 годы)

Влажность, % Общий азот, % Азот аммонийный, % Азот нитратный, % Фосфор общий, % Зольность на сухое вещество, %

94 0,55 0,18 0,0115 0,14 19

В 1973-1975 годах Научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации и электрификации сельского хозяйства Северо - Запада (НИПТИМЭСХ) совместно с Ленинградским инженерно - строительным институтом (ЛИСИ) проводили исследования по разработке и внедрению высокоэффективных технологий использования жидкого свиного навоза,

получаемого при бесподстилочном содержании животных [8]. В процессе исследований был получен усредненный химический состав жидкого свиного навоза, представленный в таблице 3.

Таблица 3.

Усредненный химический состав свиного навоза (1973-1975 годы)

Влажность, % Общий азот, % Азот аммиачный, % Фосфор общий, %

97 0,16 0,07 0,035

Как видно из представленных таблиц 2 и 3, химический состав свиного навоза существенно поменялся за 40 лет. Содержание общего азота увеличилось с 0,16 % до 0,55 %, а содержание общего фосфора увеличилось с 0,035 % до 0,14 %. При этом влажность жидкого свиного навоза уменьшилась на 3 % [9]. Увеличение содержания общего азота и фосфора в навозе при нерациональном его использовании приводит к существенному загрязнению окружающей среды.

Животноводческие комплексы стали не только потенциальными, но и реальными источниками загрязнения окружающей среды и отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы переработки жидкого навоза может привести к значительному эколого-экономическому ущербу [10, 11].

О масштабах нагрузок свидетельствуют следующие данные: на свинокомплексах по выращиванию и откорму 108 тыс. голов свиней в год ежечасно в атмосферу выбрасывается 159 кг аммиака, 14,5 кг сероводорода, 25,9 т пыли, 1,5 млрд ед. микроорганизмов. Из атмосферы продукты загрязнения попадают с осадками в почву, водоемы в радиусе до 15 км. На расстоянии 80 м от свинокомплекса количество микробов может достигать 30 тыс. шт. на 1 м3 воздуха. В откормочных свинарниках за 1 мин на 1 см оседает до 200 пылевых частиц. При этом, они могут действовать как аллергены, вызывая экзему, астму, общую аллергию [12, 13].

Чаще всего зоны размещения крупных животноводческих комплексов оцениваются как экологически неблагоприятные. Уровень заболеваемости

населения, проживающего в этих районах, в 1,6 раза превышает средний по стране [14, 15].

В настоящее время только в Ленинградской области расположено 11 крупных свиноводческих хозяйств, с которых за год образуется 629,4 тысячи тонн жидкого навоза.

Для увеличения эффективности использования навоза и повышения качества получаемого органического удобрения, навоз необходимо перерабатывать, используя имеющиеся перспективные технологии. При этом необходимо использовать научно-обоснованные методы, позволяющие оценивать объемы производства, экономическую и экологическую эффективность.

1.3 АНАЛИЗ СИСТЕМ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКОГО СВИНОГО НАВОЗА

Существует множество технологий переработки свиного навоза. Выбор конкретной технологии зависит от ограничений сельскохозяйственного предприятия (доступная электрическая мощность, имеющиеся земельные угодья...), также существенное значение оказывают и природно-климатические условия. Каждая из технологий является последовательностью технологических операций по переработке навоза. Существуют технологии, согласно которым весь образующийся навоз перерабатывается в жидкое органическое удобрение. Есть перечень технологий, на выходе которых образуются два вида органических удобрений: твердое и жидкое. В условиях дефицита земельных угодий для внесения получаемого органического удобрения, существуют технологии глубокой переработки, в результате которых получается твердое концентрированное органическое удобрение и очищенная жидкость.

Следовательно, необходимо учитывать все условия для выбора технологии для конкретного сельскохозяйственного предприятия.

1.3.1 ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА МЕТОДОМ ДЛИТЕЛЬНОГО ВЫДЕРЖИВАНИЯ И ВНЕСЕНИЯ НА ПОЛЯ

Данная технология широко применяется в настоящее время в подавляющем большинстве хозяйств России. Согласно технологии, жидкий свиной навоз со свинокомплекса транспортируется в навозохранилище, в котором происходит обеззараживание методом длительного выдерживания (12 месяцев) [16]. Полученное жидкое органическое удобрение вносится на поля (рисунок 3).

Рисунок 3 - Блок-схема технологии переработки навоза методом длительного выдерживания и внесения на поля (1 техн. в таблице 10)

Технико-экономические показатели технологии представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Технико-экономические показатели

Показатель Значение

Масса сохраненного общего азота на 1 м3 образованного навоза, кг/м3 4,5

Масса сохраненного общего фосфора на 1 м3 образованного навоза, кг/м3 1

Удельные капитальные затраты за год, тыс. руб./т 2,37

Удельные эксплуатационные затраты за год, тыс. руб./т 0,13

Преимущества:

1. широкий диапазон влажности навоза;

2. технология содержит всего 5 технологических операций;

3. отсутствие постоянного контроля квалифицированным персоналом за процессом переработки;

4. простота конструкции навозохранилища. Недостатки:

1. значительные площади сельскохозяйственных угодий для внесения полученного жидкого органического удобрения;

2. значительные капитальные затраты на постройку навозохранилищ;

3. большие сроки переработки.

1.3.2 ТЕХНОЛОГИЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НАВОЗА НА ФРАКЦИИ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ПЕРЕРАБОТКОЙ ТВЕРДОЙ И ЖИДКОЙ ФРАКЦИИ

Данная технология широко применяется в настоящее время в Ленинградской области и в СЗФО. Согласно технологии, жидкий свиной навоз со свинокомплекса транспортируется к сепаратору, на котором осуществляется разделение навоза на твердую и жидкую фракции. Жидкая фракция обеззараживается методом длительного выдерживания (6 месяцев в весенне-летний период, 9 месяцев - в период осеннего накопления) [16]. Твердая фракция перерабатывается одним из предложенных методов: активное компостирование, пассивное компостирование, биоферментацией в установках камерного типа, биоферментацией в установках барабанного типа (рисунок 4). Полученное органическое удобрение вносится на поля.

Переработка методом пассивного компостирования происходит путем выдерживания смеси в буртах [17]. Активное компостирование в буртах осуществляется методом искусственной аэрации. Переработка твердой фракции в биоферментаторе камерного и барабанного типа осуществляется 7 и 3 суток соответственно. При этом твердая фракция навоза регулярно аэрируется.

Технико-экономические показатели технологии представлены в таблице 5. Переработка твердой фракции осуществляется методом пассивного компостирования.

Таблица 5.

Технико-экономические показатели

Показатель Значение

Масса сохраненного общего азота на 1 м3 образованного навоза, кг/м3 3,5

Масса сохраненного общего фосфора на 1 м3 образованного навоза, кг/м3 0,9

Удельные капитальные затраты за год, тыс. руб./т 2,98

Удельные эксплуатационные затраты за год, тыс. руб./т 0,23

Рисунок 4 - Блок - схема технологии разделения навоза на фракции с последующей переработкой твердой и жидкой фракции (2 техн. в таблице 10)

Преимущества:

1. не требуется влагопоглощающий материал при компостировании и биоферментации;

2. уменьшение объемов навозохранилищ (и, соответственно, затрат) за счет выделения твердой фракции;

3. простота технологии.

Недостатки:

1. наличие сельхозугодий с соответствующими культурами для внесения твердого и жидкого органического удобрения;

2. наличие технических средств и технологического оборудования для внесения двух видов органического удобрения;

3. высокие капитальные затраты.

1.3.3 ТЕХНОЛОГИИ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА

Технологии глубокой переработки свиного навоза включают в себя многостадийные процессы, на каждом из которых происходит понижение концентрации питательных веществ (общего азота и общего фосфора) в очищаемой жидкости и концентрация этих веществ в получаемом твердом органическом удобрении. Существует несколько технологий глубокой переработки. Пример многостадийных технологий представлен на свинокомплексе с выходом навоза 150 т/сутки и влажностью навоза 93,4% [18].

Технология переработки свиного навоза с использованием шандорных

отстойников

Жидкий свиной навоз со свинокомплекса по трубопроводу подается в приемный резервуар сепаратора. После сепаратора жидкая фракция по трубопроводу подается в шандорные отстойники (отстойники заполняются поочередно). Жидкая фракция находится в шандорных отстойниках 6 месяцев (до полного отхода осветленной жидкости). После шандорного отстойника осветленная жидкость подается по трубопроводу в накопители. Осадок из шандорного отстойника и твердая фракция после сепаратора транспортируются на бетонированную площадку для дальнейшего обеззараживания методом пассивного компостирования.

В накопителях осветленная жидкость находится холодное время года (с октября по апрель). В апреле начинается поступление осветленной жидкости в каскад биологических прудов: пруд деаммонификатор, водорослевый пруд, рачковый пруд, рыбоводный пруд, пруд чистой воды. После биологических прудов очищенная жидкость поступает в водоемы (рисунок 5).

СВИНОКОМПЛЕКС

Свиной навоз 150 т/сутки влажность 93,4%

Объем 23000 куб м Ячейка сита Жидкая фракция (3 отстойника по 0,25 мм 125,6 т/сутки 7700 у м)

влажность 96,1%

Объем 22000 куб м (2 накопителя по 11000 куб м)

СЕПАРАТОР

10800 тонн в год

Твердая фракция

24,4 т/сутки влажность 71,6%

39000 тонн в год

Поля

ШАНДОРНЫИ ОТСТОЙНИК (6 мес)

Размеры 20х80 метров

Осадок 18 т/сутки влажность 85%

БЕТОНИРОВАННАЯ ПЛОЩАДКА

Объем 15000 куб м

Осветленная

жидкость 107,6 т/сутки влажность 99%

НАКОПИТЕЛЬ ОСВЕТЛЕННОЙ ЖИДКОСТИ

Объем 4000 куб м

I

В теплое время года (165 суток)

ПРУД ДЕАММОНИФИ КАТОР

Объем 25000 куб м

Объем 10000 куб м

Объем 10000 куб м

Водоем

ПРУД ЧИСТОЙ ВОДЫ

РЫБОВОДНЫЙ ПРУД

РАЧКОВЫЙ ПРУД

I

ВОДОРОСЛЕВЫЙ ПРУД

Рисунок 5 - Балансовая схема технологии переработки навоза с использованием шандорных отстойников (3 техн. в таблице 10)

Технико-экономические показатели технологии представлены в таблице 6.

Таблица 6.

Технико-экономические показатели

Показатель Значение

Масса сохраненного общего азота за на 1 м3 образованного навоза, кг/м3 2

Масса сохраненного общего фосфора за на 1 м3 образованного навоза, кг/м3 0,8

Удельные капитальные затраты за год, тыс. руб./т 4,93

Удельные эксплуатационные затраты за год, тыс. руб./т 0,45

Данная технология широко использовалась в 1990-х годах и была внедрена на свинокомплексах Новгородской области [19].

Технология переработки свиного навоза в аэротенках В аэротенках осуществляется биологическая очистка свиного навоза искусственным образом [20]. Проектирование сооружений искусственной биологической очистки жидкой фракции рекомендуется при недостатке площадей сельскохозяйственных угодий для внесения и неблагоприятных климатических условий при соответствующем технико-экономическом обосновании по согласованию с территориальными органами государственного экологического контроля, ветеринарного и санитарного надзора [21].

Технология переработки свиного навоза в аэротенках с использованием узла

флокуляции

Жидкий свиной навоз со свинокомплекса по трубопроводу подается в приемный резервуар сепаратора. После сепаратора жидкая фракция по трубопроводу подается в первичные вертикальные отстойники. Из первичного отстойника осветленная жидкость самотеком попадает в аэротенк.

Осадок из первичных отстойников подается на сепаратор после узла флокуляции. Обезвоженный осадок и твердая фракция свиного навоза транспортируются на бетонированную площадку для дальнейшего обеззараживания методом пассивного компостирования. Осветленная жидкость после сепаратора по трубопроводу подается для биологической очистки в аэротенк.

Осветленная жидкость из аэротенка вместе с активным илом самотеком поступает во вторичные отстойники. Активный ил из вторичного отстойника по трубопроводу возвращается в аэротенк, очищенная жидкость по трубопроводу подается в полевые хранилища. В теплое время года (с апреля по октябрь) осуществляется спуск жидкости на поля орошения или поля фильтрации (рисунок

6).

СВИНОКОМПЛЕКС

Свиной навоз

150 т/сутки Ячейка сита

влажность 0,25 мм 93,4%

СЕПАРАТОР

Твердая фракция 24,4 т/сутки влажность 71,6%

11300 тонн в год

Поля

Жидкая фракция 125,6 т/сутки влажность 96,1%

Объем 140 куб м (2 отстойника по 70 куб м)

ПЕРВИЧНЫИ ОТСТОЙНИК

Осадок 75,6 т/сутки влажность 92%

Размеры 20х60 метров

Осветленная жидкость 50 т/сутки влажность 97%

Г

Объем 120 куб м

АЭРОТЕНК

БАК ФЛОКУЛЯ НТА

СЕПАРАТОР

БЕТОНИРОВАННАЯ ПЛОЩАДКА

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шалавина Екатерина Викторовна, 2015 год

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

КОМПОСТИРОВАНИЕ, БИОФЕРМЕНТАЦИЯ ГЛУБОКАЯ ПЕРЕРАБОТКА

ШАНДОРНЫЕ ОТСТОЙНИКИ+ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРУДЫ СТАНЦИЯ ФЛОКУЛЯЦИИ + 2 СТУПЕНИ АЭРОТЕНКОВИ ОТСТОЙНИКОВ КОАГУЛЯТОР + 2 СТУПЕНИ АЭРОТЕНКОВ И ОТСТОЙНИКОВ ЦИКЛИЧЕСКИЕ ОТСТОЙНИКИ + 1 СТУПЕНЬ АЭРОТЕНКОВ И ОТСТОЙНИКОВ

1удобрениЕ\ V

ПОЛЯ ОРОШЕНИЯ

ПОЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ

ГОРОДСКИЕ ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Рисунок 15 - Технологии переработки свиного навоза

Согласно схеме, переработка свиного навоза может идти по двум направлениям:

1. образовавшийся свиной навоз перерабатывается в органическое удобрение методом длительного выдерживания в хранилище, после чего удобрение вносится на поля сельхозпредприятия или передается третьим лицам для реализации;

2. разделение навоза на фракции с последующим обеззараживанием твердой фракции (пассивное компостирование, активное компостирование, биоферментация в установке барабанного или камерного типа) и переработкой жидкой фракции (длительное выдерживание или глубокая переработка).

Глубокая переработка включает в себя:

- седиментацию жидкой фракции в шандорных отстойниках с последующей биологической очисткой осветленной жидкости в рыбоводно-биологических прудах;

- добавление в жидкую фракцию флокулянтов с последующей двухступенчатой очисткой жидкости в аэротенках;

- коагулирование жидкой фракции свиного навоза с последующей двухступенчатой очисткой жидкости в аэротенках;

- седиментацию жидкой фракции в циклических отстойниках с последующей биологической очисткой осветленной жидкости в аэротенке.

Твердая фракция, образовавшаяся в результате глубокой переработки жидкой фракции свиного навоза, обеззараживается (компостированием активным или пассивным, биоферментацией в установке барабанного или камерного типа). Жидкая фракция, образовавшаяся в результате глубокой переработки, подлежит доочистке (на полях орошения, полях фильтрации или городских очистных сооружениях), после чего может быть реализована.

Проведенный экономический анализ технологий глубокой переработки (для свиноводческого хозяйства Ленинградской области с выходом навоза 150

тонн/сутки) показывает, что по экономическим показателям (капитальные и эксплуатационные затраты) наиболее выгодной является технология с применением циклических отстойников (таблица 11).

Таблица 11

Экономическое сравнение технологий глубокой переработки

№ Технология Капитальные затраты, тыс. руб. Эксплуатационные затраты, тыс. руб.

1 переработки свиного навоза с использованием шандорных отстойников 269917 24637

2 переработки свиного навоза с использованием узла флокуляции 218452 53107

3 переработки свиного навоза с использованием коагулятора 251850 36135

4 переработки свиного навоза с использованием циклических отстойников 235972 21352

Описанные технологии (за исключением технологии с использованием циклических отстойников) были ранее изучены. Учитывая, что расчет экономических показателей показал преимущество технологии переработки свиного навоза с использованием циклических отстойников, необходимо разработать программу и методику исследования технологии, по полученным и оцененным, в соответствие со статистическим анализом, данным, построить математическую модель, реализовать ее в программу с целью нахождения оптимальных режимов работы технологии на каждой стадии ее реализации.

Для рационального выбора технологии переработки жидкого свиного навоза необходимо разработать математическую модель выбора с учетом обоснованных критериев. Модель должна позволять оценить эколого-экономическую эффективность предприятия, рассчитать массы сохраненных питательных элементов (общего азота и общего фосфора), позволяющих повышать урожайность сельскохозяйственных культур и улучшать качество почвы.

1.5 КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЙ

Для оценки вышеописанных технологий, рационального выбора технологий переработки свиного навоза и принятия оптимального решения, необходимо учитывать специфику свиноводческого предприятия и проводить отбор с учетом критериев.

В общем случае с помощью критерия можно оценивать качества как желательные (например прибыль, производительность, надежность), так и нежелательные (затраты, расход материала или простои оборудования). Тогда в первом случае стремятся к максимизации критерия, а во втором - к его минимизации [40].

При переработке жидкого свиного навоза ограничениями выбора технологии являются:

1. имеющаяся электрическая мощность предприятия;

2. наличие земельных угодий для внесения органического удобрения;

3. имеющаяся площадь для размещения строительной части и оборудования в соответствие с технологией.

Также важным показателем является эколого-экономический эффект предприятия, включающий в себя прибыль от реализации полученного урожая к затратам на сохранение питательных веществ во вносимом под этот урожай органическом удобрении [41, 42]. При этом экономический эффект заключается в эффективности использования органического удобрения, а экологический - в максимальном сохранении питательных веществ в удобрении.

Для рационального выбора технологии переработки свиного навоза в качестве критериев оценки целесообразно выбрать:

1. экономический показатель (приведенные затраты);

2. экологический показатель (масса сохраненного общего азота и фосфора в полученном органическом удобрении).

1.6 КРАТКИЕ ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В результате проведенного анализа установлено, что, во многих хозяйствах крайне необходимо провести модернизацию технологической базы переработки свиного навоза. Это связано с неудовлетворительной работой хозяйств в области утилизации навоза, что может привести к интенсивному загрязнению окружающей среды. Рациональный выбор адаптивных технологий должен обеспечивать экологическую безопасность производства, повышения эффективности использования органических удобрений.

Ввиду многообразия факторов, влияющих на производственные процессы в животноводстве, проблема может быть решена с помощью математического аппарата и применения ПЭВМ.

Исходя из вышесказанного, возникает необходимость разработки таких методов формирования технологий, которые учитывали бы условия реализации технологий и их изменчивость.

Проведенный анализ состояния вопроса позволил, в соответствии с поставленной целью, определить и сформулировать задачи исследований:

1. провести теоретические исследования технологий переработки свиного навоза;

2. разработать методику автоматизированного выбора технологий переработки свиного навоза, для условий конкретного хозяйства;

3. разработать математическую модель выбора технологий переработки свиного навоза с учетом условий конкретного хозяйства и критериев обеспечения экологической безопасности;

4. разработать математическую модель описания отдельных процессов технологии глубокой переработки свиного навоза в аэротенке с использованием циклических отстойников и получить необходимые значения коэффициентов для расчета технологических параметров;

5. разработать порядок расчета критериев выбора адаптивных технологий;

6. разработать алгоритм выбора адаптивных технологий переработки свиного навоза;

7. создать программу ЭВМ формирования и оценки адаптивных технологий переработки свиного навоза;

8. провести эколого-экономическую оценку выбранной адаптивной технологии на примере конкретного хозяйства.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПО ФОРМИРОВАНИЮ

МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА

2.1 ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ

ТЕХНОЛОГИЙ

В зависимости от характера изучения технологических процессов применяются различные математические методы исследования.

Наличие множества технологий и технических средств, предназначенных для переработки жидкого свиного навоза, а также различных возможностей свинокомплексов привели к необходимости разработки методов формирования рациональных, наиболее эффективных и адаптированных для заданных условий технологий.

Все математические модели можно условно разделить на два типа: аналитические и статические. Основные количественные показатели действий (технологических операций) связываются аналитическими зависимостями. Система уравнений и служит аналитической моделью. При разработке статистических моделей (имитационные модели, модель Монте-Карло) исходят из того, что производственные действия носят случайный характер, и они подчиняются законам распределения случайных величин (статистические модели позволяют исследовать систему любого типа). Учет вероятностной природы процессов, нелинейности, динамики позволяет сделать статистическую модель адекватной действительности и осуществлять так называемый натурный эксперимент в ускоренном масштабе времени при ее исследовании.

Для нахождения оптимальных решений используются следующие аналитические методы: метод Парето, линейное и нелинейное программирование, использование неопределенных множителей Лагранжа и т.п. [43, 44, 45, 46].

При использовании методов линейного программирования поставленная задача описывается системой линейных уравнений. Это позволяет получить довольно высокую точность. Наиболее распространенный метод решения задач линейного программирования - симплексный метод, также называющийся метод

последовательного улучшения плана. Он позволяет найти решение любой задачи линейного программирования, проделав ограниченное количество шагов. При этом каждый из шагов является алгебраическим преобразованием, производимым по установленным правилам.

В общем случае задача линейного программирования имеет вид [47]: минимизировать (максимизировать) функцию

L = Z?=i CfXt (1)

при ограничениях

п

^AjrXt = Bj, j = 1,2......n

i=1

n

^Dji • Xi < Bj,j = n + 1,n + 2,....,n

i=1

Xt> 0

Где L - линейная функция;

Xt - элемент решения (переменная);

Ct - коэффициент целевой функции;

Ají, Dji - коэффициенты при расчетных величинах;

Bj - производственные ресурсы i-го вида.

Методы нелинейного программирования применяют для решения оптимальных задач с нелинейными функциями цели. Нелинейное программирование объединяет группу численных методов, таких как градиентные методы, методы случайного поиска и д.р. [48]. Среди этих методов наиболее разработано квадратичное программирование. Этот метод применяется при решении планово-экономических задач на минимум (максимум) квадратичной функции при линейных ограничениях.

Отдельной разновидностью математических методов реализации модели является динамическое программирование. Его используют при решении задач, в которых анализируемые переменные рассматриваются в динамике, а решение их определяется в зависимости от изменения целевой функции во времени [49]. В

таких задачах надо отыскать максимум линейной целевой функции при определенных ограничениях. При выполнении операции, состоящей из m шагов, каждый из которых характеризуется показателем Ki (выигрышем). Функция максимизации (минимизации) имеет вид:

Коб = Ъ ^ тах (2)

Нахождение рациональных вариантов машинных технологий может быть

представлено методом Парето. Определение эффективности применения

выбранной технологии можно осуществить по одному или по нескольким критериям одновременно.

Данный класс задач может быть записан в виде следующей оптимизационной задачи:

Q(X) ^ min , Q(X) ^ max (3)

где Q(X) - скалярная функция, критерий оптимизации; s - множество допустимых состояний Х.

Остальные критерии в этом случае используются в качестве ограничений.

На практике чаще возникают задачи одновременной оптимизации по нескольким критериям.

Сведение многокритериальной задачи к однокритериальной приводит к огрублению решения. При этом большую сложность представляет введение ограничений и определение весовых коэффициентов на основе экспертной оценки.

Одновременный учет множества критериев возможен в задачах многокритериальной оптимизации, в которых критерий оптимизации Км(Х) является не скаляром, а вектором:

Км (Х) = К(Х), К2(Х)... К п (x)] (4)

Задача сводится к одновременному поиску экстремума по К критериям:

K (X) ^ extr (i = 1___n) (5)

Решение данной задачи возможно при одновременном определении

* -.—ж-

состояния {X }. При этом задача многокритериальной оптимизации записывается в виде следующей последовательности:

К, {Г}< К, (х\1 = 1...И) (6)

При этом значение Хг является строго более предпочтительным, чем состояние Х2 если К(Х1)<К(Х2).

Рассмотрение сложных целенаправленных процессов, на основе применения математических и количественных методов для обоснования принимаемых решений, является предметом теории исследования операций. Цель - выбор решений, которые по тем или иным соображениям предпочтительнее остальных. Для применения количественных методов исследования всегда требуется математическая модель. Оценка решения во многом зависит от количественного показателя - критерия оценки.

Основу статических методов составляет изображение явлений и процессов с помощью случайных событий и их поведений, которые описываются соответствующими вероятностными характеристиками и статическими закономерностями.

Статистическое исследование стохастических процессов имеет два подхода. Первый - регрессионный и корреляционный анализ второй - планирование многофакторного эксперимента. Регрессионный анализ проявляется в процедурах сглаживания и механизмах усреднения. Корреляционный анализ оценивает тесноту связи между результативным признаком (зависимой переменной) и факторными признаками. Регрессионный анализ определяет соответствующие параметры связи, форму связи и оценивает достоверность ее существования для выбранного уравнения регрессии.

В сложных объектах выходные параметры зависят от многочисленных внутренних параметров и внешних воздействий. Использование многофакторного эксперимента (МФЭ) дает возможность достаточно просто строить математические модели таких объектов.

В основу методологии МФЭ положена концепция системного подхода, предполагающая изучение состояния или поведения объекта при одновременном изменении большого числа факторов.

Полный факторный эксперимент сводится к следующему: выбор математической модели, построение плана, расчет коэффициентов регрессии и оценка их значимости, анализ решений.

Для принятия решений применяют формализованные и неформализованные методы. При неформализованных методах человек принимает решения вообще без всяких обоснований, руководствуясь так называемым здравым смыслом, опытом или интуицией. Принятие формализованных решений - это творчество, такие решения принимаются по четким рекомендациям. Эти решения принимаются на основе двух основных методов: логическом моделировании и оптимизации.

При логическом моделировании используются так называемые правила, которые составляют высококвалифицированные специалисты, а применяют правила пользователи, принимающие решения. Правила определяют, что надо делать в тех или иных случаях. Такие правила являются хорошей подсказкой при принятии решений исполнителями более низкой квалификации.

Принятие оптимальных решений с использованием ПЭВМ имеет два существенных преимущества: дает быстрый ответ на поставленный вопрос и предоставляет возможность широкого экспериментирования, осуществить которое на реальном объекте зачастую просто не возможно [50, 51].

Вопросам принятия решений на основе математических моделей посвящена многочисленная литература, в том числе фундаментальные работы советских ученых А.Г. Аганбегяна, Е.С. Вентцель, Л.В. Канторовича, Н.Н. Моисеева, Г.С. Поспелова, Н.П. Федоренко, Д.Б. Юдина и др.

Одной из основных задач при проведении исследований по механизации процессов сельскохозяйственного производства является получение достоверных статистических моделей (решение задачи идентификации), их исследование и

оптимизация применительно к конкретным критериям или условиям производства. Для решения задачи идентификации, применительно к динамическим системам, используются различные эвристические методы, однако универсального математического аппарата, подобного методу наименьших квадратов до сих пор не разработано. При практических расчетах используются различные методы и алгоритмы, имеющие существенное отличие. При этом все эти задачи имеют общее свойство, состоящее в том, что они относятся к классу поисковых задач конечного количества переменных в заданном пользователем гиперпространстве.

Изучив методы математического моделирования и подходы к созданию моделей, целесообразно:

- для оптимального выбора технологии переработки свиного навоза использовать статическую модель с оптимизацией по Парето, так как данный вид модели позволяет работать с огромными массивами достоверных величин;

- для описания технологии и всех ее технологических операций использовать статистическую (имитационную модель) в связи с недостатком начальных данных для определения требуемых коэффициентов; с учетом сложности процесса переработки навоза, предпочтительнее многоуровневая модель.

2.2 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЙ

Разработка методологических основ и методов автоматизированного выбора технологий переработки свиного навоза представляет собой сложную многоплановую задачу.

При выборе технологий переработки свиного навоза наиболее эффективно исходить из условия биологического оборота питательных веществ, заключающегося в получении экскрементов от животных, нормализации их состава, обеспечивающей активизацию почвенной микрофлоры и питание

сельскохозяйственных растений, при активном влиянии на систему внешних воздействий.

Внешними воздействиями являются хозяйственные условия, применяемые технологии, состоящие из процессов и операций, а также технические средства для выполнения операций.

Для формирования любой технологии необходимо принять следующие предпосылки:

- на всех этапах воздействия в качестве предмета труда выступает один и тот же продукт - экскременты свиней, физико-механические, микробиологические, агрохимические и санитарно-гигиенические свойства которых изменяются целенаправленно в сторону требуемых почвой конечных показателей;

- начальное состояние предмета труда - экскрементов для всех видов органических удобрений имеет один и тот же вектор состояния, определяемый направленностью свиноводческого предприятия и системой удаления экскрементов;

- очищенная жидкость (в технологиях глубокой переработки) по своему химическому составу не превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ для сброса на рельеф или в открытые водоемы;

- вид удобрения, получаемого в процессе переработки экскрементов, определяется агрохимическими, физико-механическими, санитарно-гигиеническими и другими требованиями растений, почвенной микрофлоры, а также экологическими требованиями внешней среды.

Экскременты свиней под воздействием операций, технологических процессов и технологий переработки навоза преобразуются в органические удобрения и очищенную жидкость в соответствии с фазами их превращений [52].

Для описания такой системы в виде информационной модели может быть использована структурно-параметрическая схема функционирования технологии, представленная на рисунке 16.

7 (1) 7 (2) 7 (Б)

г /1) г Я г ^

гп-1 гп-1 гп-1

Хо

(1)

Хо

(2)

Хо

(с)

Х1

(1)

7 (1) 7 (2) 7 (w) гп гп гп

-----► -►

Операция 1 Х1(2) Операция п-1 (2) Хп-1

Х^ у (Р) : Хп-1

-----► -►

Хп-1

(1)

Рисунок 16 - Структурная схема многомерного многозвенного технологического

процесса

Пусть исследуемый процесс состоит из п многомерных операций. На входе процесса действуют случайные величины Х0 а выход первого процесса имеет случайные величины Х1 , являющиеся входами для другого процесса и так далее. Выход всего технологического процесса характеризуется случайными величинами Хп [53].

На качество готовых органических удобрений и получаемой очищенной жидкости влияют не только параметры исходного материала, но и параметры технических средств. На каждой операции действуют случайные факторы Z1, Z2 и т.д.

Плотности вероятности всех случайных величин и их совместных распределений нормальны.

Математическое ожидание любого из выходов определяется на основании многопараметрического уравнения:

, \ с Р $ ™

м {х«,..., хи г™,..., г: }= а + £ «х + ••• + Е /Л ^ +... + (7)

г=1 Ы Л=1 у=1

Коэффициенты уравнений должны быть определены на основании моделирования на ПЭВМ по математическим моделям.

Выход системы определяет векторная функция Хп , которая включает экономические, технико-экономические, энергетические и экологические показатели эффективности функционирования системы.

Модель многоуровневого процесса технологического проектирования с пороговыми отборами решений на каждом уровне характеризуется высокой эффективностью, так как пользователь на каждом этапе проектирования имеет возможность отобрать несколько вариантов наиболее близких к наилучшему варианту. На последней стадии проектирования выбирается один окончательный вариант, который, по мнению пользователя, основываясь на его квалификации и компетентности, соответствует критерию качества.

Процесс проектирования включает в себя следующие, последовательно осуществляемые шаги:

1. обследование хозяйства, для которого выбирается технология;

2. сбор и классификация исходных данных о производственных условиях;

3. сравнение исходных данных с ограничениями применимости технологии, содержащихся в блоке баз данных ПЭВМ;

4. принятие решения о возможности выбора технологии с заданными выходными параметрами для условий данного хозяйства.

Алгоритмы выбора рациональных вариантов технологических процессов составлены в форме импликаций.

Научная основа формирования технологий - метод проектирования технологий и средств, имеющих наибольшую эффективность в заданных условиях, основанный на математической модели или иерархии моделей, адекватно описывающий проектируемый процесс, позволяющий с помощью

современных вычислительных средств совместить процессы постановки и решения задачи.

Для выбора оптимальной технологии переработки свиного навоза применены методы, которых на сегодняшний день большое множество и которые имеют только модельные примеры [54, 55].

Порядок автоматизированного выбора оптимальной технологии переработки свиного навоза представим в виде схемы (рис.17). Схема представляет собой наглядное пособие пошагового выполнения процессов. Блок «данные предприятия» включает в себя информацию о производственных факторах, ресурсах и технико-технологические характеристики. Блок «база данных» содержит нормативно-справочный материал банка знаний и материал базы данных технических средств и оборудования. Блок «ограничения» содержит критерии выбора оптимальной технологии с учетом индивидуальных возможностей предприятия.

ДАННЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ

СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ

ПОГОЛОВЬЕ ЖИВОТНЫХ

ТЕХНОЛОГИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖИВОТНЫХ

ТЕХНОЛОГИЯ НАВОЗОУДАЛЕНИЯ

РАСЧЕТ СУТОЧНОГО ВЫХОДА СВИНОГО НАВОЗА И ЕГО ВЛАЖНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОБЩИХ АЗОТА И ФОСФОРА

БАЗА ДАННЫХ

ОГРАНИЧЕНИЯ

РАСЧЕТ ПОТЕРЬ БИОГЕНОВ ПО

БАЗОВЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

РАСЧЕТЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОКАЗАТЕЛЯ

ОЦЕНКА ОЦЕНКА / ПРИЕМЛИМОСТИ \

ПОЛУЧЕННЫХ БАЗОВЫХ

ЗНАЧЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЙ

ПЛОЩАДЬ ЗЕМЕЛЬНЫХ УГОДИЙ

ДОСТУПНЫЕ ДЕНЕЖНЫЕ СРЕДСТВА

ОГРАНИЧЕНИЕ ПО ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЮ

ВЫБОР АДАПТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

УДАЛЕННОСТЬ ЗЕМЕЛЬНЫХ УГОДИЙ ОТ ЖИВОТНОВОДЧЕ СКОГО КОМПЛЕКСА

Рисунок 17 - Схема автоматизированного выбора оптимальной технологии

переработки свиного навоза

На первом этапе, используя полученные данные предприятия, с использованием коэффициентов из базы данных, рассчитывается суточный выход свиного навоза с предприятия и его влажность. Рассчитываются начальное содержание общего азота и общего фосфора в поступившем свином навозе.

На втором этапе рассчитываются экономические, экологические и эколого-экономические показатели. Идет сравнение расчетных показателей с учетом указанных критериев (ограничений).

На третьем этапе осуществляется выбор оптимальных технологий методом Паретро.

Оптимальность по Парето — такое состояние системы, при котором значение каждого частного показателя, характеризующего систему, не может быть улучшено без ухудшения других.

Таким образом: «Всякое изменение, которое никому не приносит убытков, а некоторым людям приносит пользу (по их собственной оценке), является улучшением». Значит, признаётся право на все изменения, которые не приносят никому дополнительного вреда.

Ситуация, когда достигнута эффективность по Парето — это ситуация, когда все выгоды от обмена исчерпаны.

В качестве критериев оценки выбраны: экономический показатель (сумма удельных капитальных затрат (УДК) и удельных эксплуатационных затрат (УДЭ)) и экологический показатель (сумма масс сохраненных общего азота и общего фосфора в полученном органическом удобрении).

Для реализации автоматизированного выбора технологий переработки свиного навоза в электронную программу было выбрано WEB-программирование (PHP и СУБД MySQL). Выбор основывался на возможности данного вида программирования расширять приложения и интегрировать их в более сложные системы (масштабируемость) и на модифицируемости (возможности изменения) [56]. Также достоинством является то, что разрабатываемая информационная система допускает единовременную работу нескольких пользователей, так как

использование программы возможно сразу с нескольких компьютеров, подключенных в общую сеть. При этом обеспечивается кроссплатформенность, то есть на компьютерах сети полноценное использование разрабатываемой программы не ограничивается какой-то определенной операционной системой (могут быть использованы любые операционные системы: Windows, Linux, Unix). Более того, не обязательно, чтобы аппаратные средства компьютера соответствовали стандартам IBM PC, достаточно лишь, чтобы на компьютере был установлен браузер, что на современных пользовательских операционных системах происходит (установка браузера) по умолчанию, в Windows - это Internet Explorer [57, 58, 59].

Также к плюсам программы можно отнести наглядный графический пользовательский интерфейс и гибкость (разделение алгоритма на формулы и методики расчета; разделение данных за счет хранения в базе данных). Гибкость проявляется в том, что возможно без участия программиста добавлять, изменять и удалять данные, содержащиеся в БД (характеристики технологий, операций и технических средств), что делает программу более изменяемой (относительно данных), т.е. в уже готовую программу пользователь-эксперт (не программист!) может вносить изменения, корректировать данные.

2.3 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНИЙ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНОГО НАВОЗА

2.3.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ НАВОЗА

Пусть Ej - поголовье j-ой половозрастной группы свиней, гол; f - выход экскрементов с j-ой половозрастной группы, т.

Тогда выход навоза со свиноводческой фермы за сутки Qc, т рассчитывается по формуле:

Qe = ZEj^fj + dj) (8)

Где dj - расход воды на технологические нужды на j-ю половозрастную группу на 1 голову, т;

Практика проектирования показывает, что в настоящее время основной способ удаления навоза из свинарника - самосплав. При использовании самосплавной системы навозоудаления, животные содержатся на решетчатых полах. При содержании свиней на полностью щелевом (решетчатом) полу подстилка не применяется (в соответствии с НТП-АПК 1.10.02.001-00).

При отсутствии данных по поголовью в каждой половозрастной группе, при законченном цикле производства выход навоза со свиноводческого хозяйства за сутки Qзц, т рассчитывается по формуле:

1

Qзц = 8,48 ■Е• — (9)

ъзц > 1000 V /

Где Е - общее количество свиней на предприятии, гол.

Число 8,48 - укрупненный коэффициент для расчета выхода навоза со свинокомплекса при законченном цикле производства [60].

При отсутствии данных по поголовью в каждой половозрастной группе, при репродукторном типе хозяйства выход навоза со свиноводческого хозяйства за сутки Qр, т рассчитывается по формуле:

1

QD = 7,45 ■Е ■ — (10)

' 1000 4 '

Где число 7,45 - укрупненный коэффициент для расчета выхода навоза со свинокомплекса при репродукторном типе хозяйства [60].

При отсутствии данных по поголовью в каждой половозрастной группе, при откормочном типе хозяйства (откормочное поголовье до 70 кг) выход навоза со

свиноводческого хозяйства за сутки Qoткl, т рассчитывается по формуле:

1

Qoтк1 = 9,5 -Е~ (11)

Где число 9,5 - укрупненный коэффициент для расчета выхода навоза со свинокомплекса при откормочном типе хозяйства (откормочное поголовье до 70 кг) [60].

При отсутствии данных по поголовью в каждой половозрастной группе, при откормочном типе хозяйства (откормочное поголовье более 70 кг) выход навоза со свиноводческого хозяйства за сутки Qoтк2, т рассчитывается по формуле:

Qoтк2 =11 ■Е (12)

Где число 11 - укрупненный коэффициент для расчета выхода навоза со свинокомплекса при откормочном типе хозяйства (откормочное поголовье более 70 кг) [60].

Расчетные среднесуточные количества экскрементов от одного животного разных половозрастных групп взяты из РД-АПК 1.10.15.02-08 [16]. Нормы потребления воды на одну голову - мытье кормушек, уборка помещений, приготовление кормов, взяты из ВНТП-Н-097 [61]. Расход воды на технологические нужды для различных половозрастных групп животных взяты из НТП-АПК 1.10.02.001-00 (с учетом того, что не вся технологическая вода попадает в навозные стоки) [62].

Соотношения половозрастных групп на предприятии для определения укрупненный коэффициент расчета выхода навоза со свинокомплекса определялось на основании [63].

Значения выхода навоза при различных мощностях свиноводческих комплексов (законченный цикл производства, система удаления навоза -самосплав) рассчитаны в соответствие с представленной выше методикой (табл. 12) с учетом технологической воды для промывки секций и систем удаления навоза.

Таблица 12

Выход навоза со свинокомплексов различной мощности

Мощность фермы, гол Выход навоза за год, т

6000 24637

12000 49275

27000 110869

54000 221738

108000 443475

2.3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИИ

ПО ПЕРЕРАБОТКЕ СВИНОГО НАВОЗА

К процессу приготовления органических удобрений из навоза относятся операции по разделению навоза, его стабилизации или обработки полученных фракций (флокуляция, коагуляция), возможна доочистка в биологических прудах.

Целесообразность разделения жидкого навоза и навозных стоков на фракции независимо от мощности предприятия в каждом конкретном случае должна быть дополнительно определена, исходя из их влажности, а также требований к дальнейшей обработке, хранению и использованию.

При разделении навоза на фракции масса каждой фракции определяется по формулам [13]:

тисх (^исх - ^2 )

т1 =—-—--> (13)

- Ж2

т2 = тисх - т1, (14)

Где тИСХ, ш\, т2 - соответственно масса исходного навоза и его фракций, кг;

ЖИСХ, Ж, Ж2 - влажность исходного навоза и его фракций, %.

Для повышения эффективности выделения сухих веществ в некоторых случаях вводят в жидкую фракцию высокомолекулярный полиэлектролит -флокулянт из расчета 3,0 - 4,0 кг сухого порошка на 1т сухих веществ навоза. Сухой порошкообразный флокулянт перед поступлением в жидкую фракцию навоза растворяется в воде с помощью автоматической станции приготовления концентрированного раствора флокулянта. Расход воды на приготовление раствора флокулянта составляет 1 м3 на 1 кг сухого порошка.

Содержание NPK в готовом удобрении определяется по формуле:

оф оф к7 мсм (100 - Жсм)

к= (1 - /0бр )—-, (15)

Мк(100 - Жк)

где /обр - потери №К в процессе обработки навоза, в долях

единицы;

МК - масса готового удобрения, кг.

Внесение в почву. Содержание № в удобрениях, поступивших в почву: = (1 _ ^^ , (16)

н

где fBH - потери NP в процессе внесения удобрения в почву, в

долях единицы.

Площадь внесения удобрений определяется питательным элементом, дающим максимальную величину площади [64, 65]:

1000G уд (1 - 0,0Wyd )K уд Kj 100

Si =----> max (17)

- 100УтВ- - П-K П

где Gyd - масса органических удобрений, кг;

K вн - коэффициент использования NPK из удобрений;

Bj - вынос NP урожаем картофеля;

У„л - планируемый урожай картофеля;

nj - содержание питательных элементов в почве кг/га;

Кщ - коэффициент использования питательных веществ из

почвы.

При седиментации жидкой фракции в вертикальных отстойниках, происходит перераспределение массы между осветленной жидкостью и осадком (активным илом, в случае вторичного отстойника). Масса осадка определяется по формуле:

Мос = ab • МЖф (18)

Где ab - доля осадка в вертикальном отстойнике. Значение коэффициента различно для каждой из технологий. Для технологии глубокой переработки в аэротенке с использованием циклических отстойников, данный коэффициент определяется экспериментально.

Естественную биологическую очистку очищенного свиного навоза следует осуществлять в биологических прудах различных типов и конструктивного

исполнения: анаэробно-аэробных; с естественной и искусственной аэрацией; одно- и многоступенчатых; БОКС-прудах.

Биологические пруды рекомендуется применять:

- для доочистки жидкой фракции навоза, прошедшей биологическую очистку;

- в качестве самостоятельных сооружений для естественной биологической очистки жидкой фракции навозных стоков и сточных вод с доильных площадок при круглогодовой работе в районах со среднегодовой температурой воздуха выше 10°С либо в летний период (накопление в зимний период);

Нагрузку по БПК на анаэробные пруды следует принимать 330-560 кг/га в сутки при глубине прудов 3,5-6 м. Их очистка должна проводиться не реже одного раза в три года.

В аэробных прудах ведущая роль по переработке органических веществ принадлежит одноклеточным водорослям (фитопланктону), которые, в основном, обеспечивают пруды кислородом. Оптимальной концентрацией загрязнения поступающей жидкой фракции по БПК для аэробных прудов следует считать 200300 мг/л.

В очищенной жидкости содержание растворенного кислорода следует принимать до 6 мг/л, БПК5 - 10-15 мг/л [66, 67, 68, 69].

2.3.3 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Расчет экономических показателей ведется с учетом затрат и выхода навоза за год. Экономические показатели включают в себя капитальные и эксплуатационные затраты на реализацию технологии переработки свиного навоза.

Капитальные затраты

Капитальные затраты на оборудование и строительную часть рассчитываются:

- Стоимость оборудования, 2об , тыс. руб.

¿Об = £¿0 б1*п (19)

Где 2об1 - стоимость 1-ого наименования оборудования, тыс. руб. п - количество /-го оборудования, шт.

- Стоимость строительной части 2стр., тыс. руб.

¿стр £ ¿стрг * Щ (20)

Где 2стрг - стоимость г-го наименования строительной части, тыс. руб. пг - количество г-го оборудования, шт.

Удельные капитальные затраты УДК, тыс.руб/т определяются по формуле:

УДК = (21)

^ Q• 365 4 ;

Где Q - суточный выход свиного навоза с предприятия, т.

Расчет стоимости требуемого оборудования осуществляется, исходя из требуемого количества данного оборудования, и рассчитывается по формуле:

щ = (22)

1 ВЬСмДн у '

Где Ор - объем работ за год, т. В1 - производительность 1-го оборудования за 1 час, т. См - продолжительность рабочей смены, ч

Дн - количество дней в году, которое работает 1-е оборудование, сут.

К строительной части относятся:

- прокладка трубопровода;

- постройка здания под оборудование (сепараторы, насосы, воздуходувки);

- постройка навозохранилища;

- создание шандорных отстойников;

- создание рыбоводно-биологических прудов;

- создание полей фильтрации;

- постройка бетонированной площадки.

Расчет капитальных затрат на прокладку трубопровода осуществляется по формуле:

Z., = R • a (23)

Где R - дальность транспортировки свиного навоза по трубопроводу, м а - стоимость прокладки 1 метра трубопровода, тыс руб

Расчет капитальных затрат на постройку здания под оборудование рассчитывается по формуле:

Z3A = b • dl • sh • vs (24)

-5

Где b - стоимость постройки 1 м здания, тыс руб (зависит от материала; для

-5

кирпичного здания, стоимость постройки 1м составляет 6 тыс руб.) dl - длина здания, м sh - ширина здания, м vs - высота здания, м

Габаритные размеры здания рассчитываются с учетом габаритных размеров оборудования, количества оборудования и требуемых технологических проходов.

Расчет капитальных затрат на постройку навозохранилища

В соответствие с РД-АПК 1.10.15.02-08 количество секций хранилищ должно быть не менее двух, в целях совмещения процессов карантинирования и выдерживания навоза. Глубина навозохранилища должна быть не более 5м, ширина - не менее 18м. Соотношение ширины и длины 1:3.

Исходя из того, что выход навоза с предприятия за сутки равен Q, при

3 3

плотности навоза рнп ,т/м , суточный объем навоза V, м составит:

V = — (25)

рнп

Обозначим время длительного выдерживания навоза через 1в, сутки, тогда объем одного навозохранилища V1 равен:

VI = V'j- (26)

Обозначив ширину навозохранилища shн, м, исходя из формулы, получим выражение для определения габаритных размеров навозохранилища (для подстилочного навоза):

Бкн • (11н • УБН = —-

хЛи = (27)

Длина навозохранилища dlн, м в 3 раза [16] больше его ширины, следовательно:

(1н = 3 • ^^ (28)

Глубина навозохранилища - vsн, м.

Зная габаритные размеры навозохранилища, можно рассчитать капитальные затраты на его строительство Pнав (тыс. руб.):

Рнав = • (1н • Бкн + бШ2 • 2 • (1н • УБН + БШ2 • 2 • Бкн • УБН (29) Где Stн1 - стоимость квадратного метра основания навозохранилища, тыс.

руб.;

Stн2 - стоимость квадратного метра боковой стенки навозохранилища, тыс.

руб.

Расчет капитальных затрат на создание шандорных отстойников осуществляется по формуле:

= с • (I • Бк • уб • к (30)

Где с - стоимость постройки 1 м3 шандорного отстойника, тыс руб ( - длина отстойника, м бИ. - ширина отстойника, м уб - высота отстойника, м k - количество шандорных отстойников, шт

Количество шандорных отстойников рассчитывается исходя из суточной массы навоза.

Расчет капитальных затрат на создание рыбоводно-биологических прудов осуществляется по формуле:

1рп = d • • Бк • уб • к (31)

-5

Где d - стоимость постройки 1 м пруда и стоимость его заселения (водоросли, рачки, рыбы и т.п.), тыс руб dl - длина пруда, м Бк - ширина пруда, м уб - высота пруда, м к - количество прудов одного вида, шт

Количество линий рыбоводно-биологических прудов рассчитывается исходя из имеющихся площадей земельных угодий. Стоимость одной линии рыбоводно-биологических прудов рассчитывается отдельно для каждого пруда (пруд деаммонификатор, водорослевый пруд, рачковый пруд, рыбоводный пруд, пруд чистой воды). Размеры каждого пруда рассчитываются исходя из суточной массы очищаемой жидкости.

Расчет капитальных затрат на создание полей фильтрации осуществляется по формуле:

1рп = е • dl • Бк • уб • к (32)

Где е - стоимость подготовки 1 м2 поля фильтрации, тыс руб dl - длина поля фильтрации, м бИ. - ширина поля фильтрации, м

Размеры поля фильтрации рассчитываются исходя из поступающей суточной массы жидкости для доочистки и концентрации веществ (общий азот и общий фосфор) в этой жидкости.

Расчет капитальных затрат на постройку бетонированной площадки Примем:

- расстояния между крайними буртами и краем бетонированной площадки

г1, м

- расстояние между буртами г2, м

Величины технологических проездов выбираются исходя из габаритов используемой техники. Ширина бурта принимается 6м, высота 3м, длина произвольная.

С учетом рыхлой укладки в бурты с плотностью смеси ре, объем смеси

равен:

Ус = Мс (33)

р с

Где Мс - масса компостируемой смеси за год, т

-5

рс - плотность компостной смеси, кг/м .

Приняв длину бурта dlб, м, получим длину площадки компостирования dlк:

dlк = dlб +2 • г1 (34)

Количество буртов Кб, шт рассчитывается исходя из объема компостируемой смеси Ус и определяется по формуле:

Кб = (35)

^б-З^ б У 7

Размер хранения смеси перед укладкой в бурты определяется индивидуально исходя из размеров используемого мобильного транспорта и времени накопления.

Ширина площадки компостирования shк, м равна:

Бкк = 6 • Кб + г2 •(Кб - 1) + 2 • г1 (36)

Зная габаритные размеры площадки компостирования, можно определить затраты Рк на ее постройку:

Рк = БЬб • Бкк • dlк (37)

Где - стоимость строительства 1 м2 площадки, тыс. руб.

Эксплуатационные затраты Эксплуатационные затраты определяются как сумма затрат на амортизацию, затрат на ТР и ТО, заработной платы обслуживающему персоналу,

затрат на электроэнергию, затрат на топливо, затрат на покупку расходных материалов (флокулянты, планктон для заселения биологических прудов):

1 Амортизация ,тыс. руб. определяется по формуле:

¿А = КАс • ¿стр + КАо ' ¿об (38)

Где КАс - коэффициент отчислений на строительную часть, бр; КАо - коэффициент отчислений на оборудование, бр;

2 Текущий ремонт и ТО 2т, тыс. руб. определяются по формуле:

= Кт • ¿об (39)

Где Кт - коэффициент отчислений на ТО и ТР, бр.

3 Заработная плата работникам 2з,тыс. руб. определяется по формуле:

= з •и• 12 (40)

Где з - заработная плата одному работнику в месяц, тыс. руб.; u - необходимое количество работников, чел.

4 Затраты на электроэнергию 2э,тыс. руб. определяются по формуле:

Ъ = -Щ (41)

Где 2э/ - затраты на электроэнергию 1-го оборудования, тыс. руб.

= э^См-д. ^ к2 (42)

31 1000 4 '

Где эл - стоимость 1 кВт/час электроэнергии, рубли; См - продолжительность рабочей смены, часы;

Дн - количество дней в году, которое работает 1-ое оборудование,

сутки;

Кг - коэффициент загрузки 1-ого оборудования, бр. Коэффициент загрузки Кг определяется по формуле:

Кг = (43)

В1См У '

Где Ор - объем работ за сутки, т. (При транспортировке объем работ за сутки равен выходу навоза/помета с предприятия за сутки). В1 - производительность 1-го оборудования за 1 час, т.

Производительность оборудования за 1 час определяется для каждого наименования техники индивидуально, исходя из заданных работ, дальности транспортирования, сложности операций.

5 Затраты на топливо Zтп, тыс. руб. определяются по формуле:

1тп = Пм • Рт • См • Дн • топл • Кг (44)