РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

В настоящее время современный аграрный промышленный комплекс сконцентрирован на урбанизированных сельских территориях и является жизненно важной биотехносферной антропогенной экосистемой. В ходе сельскохозяйственной деятельности образуемые отходы аграрного промышленного комплекса, которые являются важным резервным сырьем для животноводства и птицеводства, могут быть и причиной возникновения критических непредвиденных опасностей, при проявлении как краткосрочных, так и долгосрочных чрезвычайных ситуаций, на почве нарушения экологических норм, правил обращения с отходами. Проявление негативных природных явлений и неблагоприятных климатических процессов также может быть причиной нарушения хозяйственной деятельности в сельскохозяйственном производстве сырья и продуктов потребления

Сегодня разработка технологии оздоровления сельских территорий агропромышленного комплекса от накопленных отходов жизнедеятельности животных, птиц, растительного происхождения и получение безопасной кормовой добавки является актуальной нерешенной экологической и технологической проблемой для растениеводства, животноводства и птицеводства.

В сельском хозяйстве, как чрезвычайно важной отрасли народного хозяйства, определяющей состояние экономики страны, запланированные текущие и перспективные экологические, технологические мероприятия должны быть научно-обоснованными и направлены на профилактику, срочное оперативное искоренение неинфекционной патологий и заразных болезней, встречающихся среди различных видов животных и птиц. Научно-обоснованная технология переработки отходов особенно нужна при проявлении чрезвычайной ситуации природного или техногенного происхождения в любое время года и сезона. Накопленные отходы от прошлой и настоящей хозяйственной деятельности препятствуют сохранению безопасности среды и могут быть причиной возникновения общих заболеваний, как для животных, так и человека. Создание безопасных условий для живых организмов важно для природного незаменимого совместимого взаимоотношения и проявления комфортной жизнедеятельности различных видов флоры и фауны встречающихся в биотехносфере

Исходя из вышеизложенных экологических проблем и технологических тезисов настоящей работы, требуется поиск новых методологических принципов, подходов и способов обращения с отходами различного биологического происхождения, образованных в агропромышленном комплексе в различных регионах России. Предлагаемые настоящие научно-технические приемы могут быть основанием и для повышения эффективности проводимых экологических и технологических мероприятий, как в растениеводстве, так и животноводстве и птицеводстве агропромышленного комплекса.

В настоящей разработке методологической и технологической основой обращения с отходами сельского хозяйства для получения кормовой или минеральной добавки положен модифицированный инновационный пиролиз на основе низких температурных условий. Пиролиз на низкой температурной основе проводится на установке обеззараживания, утилизации и переработки отходов животноводства, птицеводства и растениеводства для получения резервной кормовой добавки.

Агропромышленный комплекс региональных территорий России, производящих сельскохозяйственную продукцию, должен быть ориентирован на принятие технологических решений в случаях возникновения неблагоприятных условий. В таких случаях необходимо находить правильный способ на основе поиска и далее применять эффективное технологическое решение для внедрения альтернативных методов и технологий ведения животноводства, ориентированное на повышение эффективности экологически безопасной технологической и цифровой хозяйственной деятельности. 

Целью настоящей работы является разработка технологии переработки отходов сельского хозяйства, направленной на обеспечение безопасности окружающей среды агропромышленного комплекса, особенно при проявлении чрезвычайных ситуации природного, климатического и сезонного характера.

Для решения поставленной цели и задач применяется установка с целью получения минеральной кормовой добавки, которая может быть и резервным источником для включения в рацион питания сельскохозяйственных животных и птиц. Особенно резервная минеральная кормовая добавка может быть включена в рацион питания для сельскохозяйственных животных и птиц при проявлении чрезвычайных ситуаций климатического или погодного характера на агропромышленных территориях региона. Предложенная установка имеет научно-обоснованное положительное экспертное заключение, основанное на последовательно расположенных механизмах, включающая конструктивных, функционально-целевых технических и технологических узлов

Конструктивные функционально-целевые, технические и технологические узлы установки предназначены для получения резервного минерального удобрения и минеральной кормовой добавки из отходов сельского хозяйства, и их техническая характеристика представлена на рис.1.

Рисунок 1 - Схема модели для получения резервной кормовой добавки из отходов сельского хозяйства:

1 – газогенератор; 2 – сепаратор (центрифуга), для очистки горючего газа; 3 – стерилизатор для обеззараживания отходов животноводства (навоза, птичьего помета) и растениеводства; 4 – установка с емкостью для смешивания навоза (птичьего помета) с отходами растениеводства; 5 – установка (регулятор) для регуляции влажности и просушивания полученной смеси из навоза или птичьего помета и отходами растениеводства; 6 – установка для гранулирования кормов; 7 – отходы растениеводства; 8 – смесь навоза (птичьего помета), с отходами растениеводства; 9 – кормовые гранулы, содержащие органические и минеральные вещества; 10 – зола с микроэлементами; 11 – горючий газ; 12 – емкость для отходов жизнедеятельности животных (птичьего помета) и растительных отходов (опилка с опавшими листьями); 13 – датчик для определения содержания вредных химических и биологических веществ в исходном материале (отходы жизнедеятельности животных, птиц и растений); 14 – датчик стерилизатора для определения температуры обеззараживаемого и утилизируемого материала; 15 – датчики для определения поступающего объема отходов животноводства и растениеводства и образуемых кормовых гранул и золы; 16 – датчик, контролируемый создаваемого давления в установке, 17 – информационные цифровые датчики для контроля качества и количества в готовых гранулированных кормах

DOI:10.23670/IRJ.2023.128.18.2

Устройство предназначено для получения резервной минеральной кормовой добавки и минерального удобрения из отходов сельского хозяйства. Установка работает следующим образом: с транспортера животноводческого помещения навоз собирается в емкость (12), где подвергается обеззараживанию с помощью пристроенного стерилизатора (3) и далее осушается в установке (5). После чего к стерильной навозной массе добавляются растительные отходы, смесь перемешивается в емкости установки (4). Полученная биоотходная смесь подвергается просушиванию и обезвреживанию в установке, за счет создаваемой и регулируемой температуры в газогенераторе (1).

Полученная просушенная биоотходная смесь гранулируется в шнековом прессе в кормовые минеральные гранулы (9), которые размещаются в емкости установки предназначенной для размещения гранулированных кормов (6). Газогенератор работает на автоматизированном термическом режиме, т.е. часть вырабатываемого горючего газа (около 50 процентов) идет на собственное поддержание технологического процесса путем выработки тепла.

Предложенная технология также обеспечивает безопасность окружающей среды и обслуживающего технического персонала. Установка имеет газогенератор, центрифугу для очистки горючего газа, бактерицидную ультрафиолетовую лампу и устройство для размешивания илового осадка с древесными опилками и опавшими листьями в соотношении 1:1. В устройстве предусмотрен конструктивный функциональный узловой технологический механизм для просушивания смеси илового осадка, древесных опилок и опавших листьев. К конструктивно-функциональному узловому технологическому механизму подключен цифровой модульный элемент и пристроен шнек-пресс для гранулирования просушенной смеси в кормовые брикеты. Цифровой модульный элемент обеспечен информационными датчиками с целью контроля температуры, влажности, давления и определения объема кормовых брикетов и образуемой золы. Для сбора отходов установка дополнительно оснащена транспортером, рабочей емкостью, стерилизатором и уникальным умным сепаратором для очистки горючего газа от аэрозольных взвешенных неорганических веществ. В установке предусмотрено устройство с цифровым механизмом для контроля соотношения размешанной смеси, навоза с отходами растениеводства. Контроль температуры биологической смеси в период просушивания поддерживается в пределах от 70 до 120 градусов Цельсия и осуществляется температурным датчиком. На технологическом узле устройства предусмотрен датчик для контроля рабочего давления. Смесь навоза (или помета) с растительными остатками, предназначенная для переработки, за счет разности рабочего давления переходит в шнек-пресс для гранулирования после просушивания обеззараженной смеси биоотходов. К установке пристроены информационные цифровые датчики для первоначального и окончательного контроля наличия вредных веществ, содержания органических и неорганических веществ и влажности, температуры, давления и объема посторонних механических, химических и иных примесей, входящих в состав минеральных кормовых гранул. Предлагаемая установка дополнена стерилизатором для обеззараживания навоза или помета с добавляемыми отходами растениеводства. В установке предусмотрена возможность использования и древесных опилок, опавших листьев при необходимости и дефиците минеральной кормовой базы, которые зависят от погодных сезонных, метеорологических условий и времени года. Установка имеет информационные цифровые датчики, которые предназначены для контроля содержания органических и неорганических веществ получаемой продукции. Все новые технологические элементы установки используются для производственного, технологического цикла и контроля: температурных условий, концентрации вредных веществ, давления и объема смеси поступающих отходов с транспортера в емкость для образования конечных продуктов: кормовых гранул. В основе получения резервных безопасных гранулированных минеральных кормовых добавок лежит технология для переработки отходов сельского хозяйства в продукцию основанная на использовании низкотемпературного пиролиза. С газогенератора неорганическая масса после сепарирования удаляется с помощью транспортера в виде золы содержащих различных макроэлементов и микроэлементов. Минеральная зола может быть использована для обогащения почвы сельскохозяйственных угодий или в качестве минеральной кормовой добавки в рационе питания сельскохозяйственных животных и птиц.

В реальном мире известны оригинальные, значимые разработки по технологии переработки отходов сельского хозяйства, направленные на обеспечение безопасности окружающей среды, особенно при проявлении чрезвычайных ситуации природного климатического и сезонного характера.

Одним из таких технических решений связанных с переработкой отходов сельского хозяйства является научная разработка китайских ученых. Авторы рассматривают городскую систему для экологической утилизации отходов сельского хозяйства и животноводства, основанную на современных информационных технологиях. Система включает в себя систему сбора и транспортировки сырья, систему централизованной обработки органических отходов, систему выращивания органической сельскохозяйственной продукции и современную систему управления информационными технологиями. Программная система содержит системную базу данных, уровень доступа к данным, библиотеку системных компонентов, интерфейс данных, клиент и т.п. Через базу данных сырья, GPS автомобиля или базу данных информации о местоположении Beidou, база данных спроса фермеров и уездная комплексная платформа управления информацией, обеспечено управление информационными услугами для центра централизованного удаления органических отходов, а также повышена степень информатизации, уездного управления отходами сельского хозяйства и животноводства. На основании информационной технологии построена система экологической циркуляции, уездных сельскохозяйственных и пастбищных отходов, обеспечена локальная очистка и близлежащая абсорбция, снижено загрязнение, а также улучшено качество обрабатываемых земель. Технология включает следующие этапы:

- измельчение соломы урожая, растительных остатков, сорняков и опавшей листвы, стерилизация при высокой температуре; 

- смешивание указанных выше сырьевых материалов в пропорции и доведение соотношения C/N до (25-30):1; 

- добавление инокулята, добавление воды для доведения содержания воды до 88-92%, полное и равномерное перемешивание и подача полученной смеси в ферментационный резервуар CSTR, а также проведение влажного анаэробного брожения при средней температуре; 

- транспортировка остатков в ферментационное оборудование канавочного типа, накрытие полиэтиленовой пленкой и проведение ферментации в течение 20-30 дней; 

- добавление кондиционера почвы и функциональной флоры, выдерживание полученной смеси в течение 4-6 ч при 20-24°С, сушку смеси в вакууме до содержания воды менее 5%, транспортировку смеси в гранулятор и гранулирование смеси с получением органического удобрения. 

Технология способа имеет некоторые преимущества, т.е. одновременно проводится два процесса анаэробное брожение и компостирование. Известная разработка реализует рециклинг, безвредность, сокращение и экономичную переработку отходов, по мнению авторов, представленная разработка имеет большую перспективу для дальнейшего применения в агропромышленном комплексе

Таким образом, предложенная технология переработки отходов сельского хозяйства предназначенная для получения минеральной кормовой добавки построена на основе применения настоящей установки. Применение установки возможно, особенно в неблагоприятных климатических условиях сезонов года. Минеральная кормовая добавка может быть и дополнительным средством в рационе питания животных и птиц, в особо охраняемых природных территориях, в частности в заповедниках, национальных парках и природных заказниках. Зола, как обеззараженный продукт, может быть применена, как дополнительный компонент в рецептуре по созданию удобрения, как минеральной добавки для растениеводства агропромышленного комплекса.