Скачать статью в pdf.

УДК 631.862:332.14

DOI: 10.15507/2658-4123.030.202003.394-412

 

Концептуальная модель энергетической эффективности получения экологически безопасного утилизационного свиного бесподстилочного навоза

 

Бышов Николай Владимирович
профессор кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» (390044, Россия, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1), доктор технических наук, профессор, Researcher ID: B-8363-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4619-6446, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Успенский Иван Алексеевич
заведующий кафедрой технической эксплуатации транспорта ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» (390044, Россия, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1), доктор технических наук, профессор, Researcher ID: B-7990-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4343-0444, Scopus ID: 57193743041, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Юхин Иван Александрович
заведующий кафедрой автотракторной техники и теплоэнергетики ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» (390044, Россия, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1), доктор технических наук, доцент, Researcher ID: Q-8188-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3822-0928

Чаткин Михаил Николаевич
профессор кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), доктор технических наук, Researcher ID: O-7004-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3758-7066, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Лимаренко Николай Владимирович
доцент кафедры электротехники и электроники ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет» (344000, Россия, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), кандидат технических наук, Researcher ID: O-5342-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3075-2572, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. Рост производственных мощностей животноводческих предприятий приводит к увеличению экологической нагрузки на био- и агроценозы, создаваемой потенциальными энергоносителями, одним из которых является свиной бесподстилочный навоз. Параметрами, характеризующими энергетическую ценность, являются: общее содержание азота и его различных форм 3…8 кг/м³, оксида фосфора 3…6 кг/м³, оксида калия 2…4 кг/м³ (химическое потребление кислорода к массе органического вещества – 1,2, биохимическое – 0,42). Параллельно с этим экологическую нагрузку составляют группы кишечных палочек, стафилококков, энтерококков, аэробных спорообразующих микроорганизмов, различных форм яиц, цист простейших и ооцист эймерий. Кроме этого, физико-реологические свойства бесподстилочного навоза могут оказывать существенное влияние на энергетическую эффективность и направление дальнейшей его утилизации. Наиболее рациональным вариантом его утилизации с агрохимической точки зрения является фракционное использование в виде органического удобрения, что возможно только при условии санитарно-эпидемиологической безопасности, обеспечение которой является энергоемким процессом, зависящим от различных факторов. Целью настоящего исследования является разработка концептуальной модели энергетической эффективности операционных воздействий при получении экологически безопасного утилизационного цикла свиного бесподстилочного навоза.
Материалы и методы. Объектом исследования являются операционные воздействия при получении экологически безопасного утилизационного цикла свиного бесподстилочного навоза; предметом – функция максимизации энергетической эффективности данного объекта в условиях санитарно-эпидемиологических и агрохимических ограничений. Проведен анализ факторов и их категоризация в зависимости от типа функционального воздействия. Использован инструментарий теории потенциальной эффективности, применение которой подразумевает формализацию цели, в данном случае – повышение энергетической эффективности за счет многопараметрического целеполагания, обеспечивающего требуемый условиями результат.
Результаты исследования. Разработана концептуальная модель операционных воздействий при получении экологически безопасного утилизационного свиного бесподстилочного навоза, определяющая составляющие удельных энергозатрат, факторы, влияющие на них, и предъявляемые к ним ограничения. Модель представляет собой исходные данные для проведения факторного анализа и получения статистических моделей.
Обсуждение и заключение. Практическая значимость работы обусловлена выявлением и категоризацией факторов в зависимости от типа функционального воздействия на операции подготовительного цикла свиного бесподстилочного навоза перед его утилизацией. Благодаря этому можно получить исходные данные для формирования частных методик исследования и создания статистических моделей.

Ключевые слова: утилизационный цикл, экологическая безопасность, свиной бесподстилочный навоз, подготовка навоза к внесению, энергетическая эффективность, фракционное разделение, обеззараживание жидкой фракции, обезвоживание твердой фракции

Для цитирования: Бышов, Н. В. Концептуальная модель энергетической эффективности получения экологически безопасного утилизационного свиного бесподстилочного навоза / Н. В. Бышов, И. А. Успенский, И. А. Юхин [и др.]. – DOI 10.15507/2658-4123.030.202003.394-412 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 3. – С. 394–412.

Заявленный вклад соавторов: Н. В. Бышов, И. А. Успенский – научное руководство, постановка цели и задач исследования; И. А. Юхин, М. Н. Чаткин – поиск и анализ информационных источников, критический анализ исследования и редактирование текста; Н. В. Лимаренко – проведение исследования, создание концептуальной модели, компьютерные работы, визуализация, редактирование текста.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 13.01.2020; принята к публикации 20.03.2020;
опубликована онлайн 30.09.2020

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Измайлов, А. Ю. Создание инновационной техники и ресурсосберегающих технологий производства кормов – основа развития животноводства / А. Ю. Измайлов, Я. П. Лобачевский, О. С. Марченко [и др.] // Вестник ФГБОУ ВО «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина». – 2017. – № 6 (82). – С. 23–28.

2. Briukhanov, A. Method of Designing of Manure Utilization Technology / A. Briukhanov, I. Subbotin, R. Uvarov [et al.] // Agronomy Research. – 2017. – Vol. 15, Issue 3. – Pp. 658–663. – URL: https://agronomy.emu.ee/wp-content/uploads/2017/05/Vol15Nr3_Briukhanov.pdf (дата обращения: 03.08.2020).

3. Павлов, П. И. Эффективные средства механизации для удаления и утилизации навоза / П. И. Павлов // Естественные и технические науки. – 2017. – № 3 (105). – С. 87–89.

4. Хмыров, В. Д. Эффективность системы применения удобрений в органическом земледелии / В. Д. Хмыров, Б. С. Труфанов, О. И. Журавлева // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. – 2019. – № 3 (58). – С. 14–18. – URL: http://www.mgau.ru/sciense/journal/PDF_files/vestnik_3_2019.pdf (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

5. Еськов, А. И. Современное состояние и перспективы использования органических удобрений в сельском хозяйстве России / А. И. Еськов, С. М. Лукин, Г. Е. Мерзлая // Плодородие. – 2018. – № 1 (100). – С. 20–23. – URL: http://plodorodie-j.ru/journal/2018/nomer_one/2018-1-20-23.html (дата обращения: 03.08.2020).

6. Шигапов, И. И. Технология переработки навозной массы / И. И. Шигапов, А. В. Поросятников, О. Н. Краснова // Сельский механизатор. – 2019. – № 5. – С. 28–29. – URL: http://selmech.msk.ru/519.html#_Технология_переработки_навозной (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

7. Субботин, И. А. Энергоэкологическая оценка использования различных генерирующих источников в сельском хозяйстве / И. А. Субботин, А. Ю. Брюханов, Е. В. Тимофеев [и др.] – DOI 10.15507/2658-4123.029.201903.366-382 // Инженерные технологии и системы. – 2019. – Т. 29, № 3. – С. 366–382. – URL: http://vestnik.mrsu.ru/index.php/en/articles2-en/84-19-3/715-10-15507-0236-2910-029-201903-3 (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

8. Брюханов, А. Ю. Экологоэнергетический показатель внедрения наилучших доступных технологий утилизации куриного помета / А. Ю. Брюханов, И. А. Субботин, Е. В. Тимофеев [и др.] – DOI 10.18412/1816-0395-2019-12-29-33 // Экология и промышленность России. – 2019. – Т. 23, № 12. – С. 29–33. – URL: https://www.ecology-kalvis.ru/jour/article/view/1413 (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

9. Ракутько, С. А. Энергоэкологические основы наилучших доступных технологий светокультуры / С. А. Ракутько. – DOI 10.24411/0131-5226-2019-10121 // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. – 2019. – № 1 (98). – С. 44–60. – URL: https://www.sznii.ru/images/IAEP/jurnal/jurnali/Jurnal98.pdf (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

10. Ковалев, А. А. Энергетическая эффективность предварительной обработки синтетического субстрата метантенка в аппарате вихревого слоя / А. А. Ковалев, Д. А. Ковалев, В. С. Григорьев. – DOI 10.15507/2658-4123.030.202001.092-110 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 1. – С. 92–110. – URL: http://vestnik.mrsu.ru/index.php/en/articles2-en/88-20-1/759-10-15507-0236-2910-030-202001-6 (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

11. Суржко, О. А. Повышение энергетической эффективности при сушке барды пищевых производств / О. А. Суржко, М. А. Куликова, Н. Г. Моиссенко [и др.] // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2014. – Т. 16, № 4 (3). – С. 627–630. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-energeticheskoy-effektivnosti-pri-sushke-bardy-pischevyh-proizvodstv/viewer (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

12. Гоман, Н. В. Эффективность применения жидкой фракции бесподстилочного свиного навоза под яровую пшеницу на лугово-черноземной почве / Н. В. Гоман, И. А. Бобренко, Н. К. Трубина [и др.] // Вестник КрасГАУ. – 2018. – № 5 (140). – С. 51–59. – URL: http://www.kgau.ru/vestnik/2018_5/content/9.pdf (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

13. Киров, Ю. А. Повышение эффективности разделения на фракции стоков пивоваренного производства в гидроциклоне-сгустителе / Ю. А. Киров, Н. В. Батищева, В. С. Шкрабак // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2018. – № 1 (50). – С. 207–213. – URL: https://spbgau.ru/files/nid/6995/izvestiya_no50.pdf (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

14. Бышов, Д. Н. Исследование эффективности очистки воскового сырья в воде при интенсивном механическом перемешивании / Д. Н. Бышов, Д. Е. Каширин, В. В. Павлов [и др.] // Вестник КрасГАУ. – 2017. – № 12 (135). – С. 115–122. – URL: http://www.kgau.ru/vestnik/2017_12/content/19.pdf (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

15. Куликова, М. А. Оценка эффективности нового органоминерального удобрения на основе свиного навоза / М. А. Куликова, Т. А. Колесникова, Е. А. Грибут [и др.] – DOI 10.25680/ S19948603.2019.109.16 // Плодородие. – 2019. – № 4 (109). – С. 49–51. – URL: http://plodorodie-j.ru/journal/2019/4-2019/2019-4-49-51.html (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

16. Бышов, Н. В. Повышение эффективности перевозок плодоовощной продукции в АПК / Н. В. Бышов, С. Н. Борычев // Вестник РГАТУ им. П. А. Костычева. – 2016. – № 5. – С. 38–40.

17. Сычев, В. Г. Исследование динамики и баланса гумуса при длительном применении систем удобрения на основных типах почв / В. Г. Сычев, Л. К. Шевцова, Г. Е. Мерзлая. – DOI 10.7868/S0002188118020011 // Агрохимия. – 2018. – № 2. – С. 3–21. – URL: https://www.libnauka.ru/item.php?doi=10.7868/S0002188118020011 (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

18. Шигапов, И. И. Модель биотехнической системы процесса уборки, транспортировки и переработки навоза / И. И. Шигапов // Аграрная наука. – 2017. – № 3. – С. 27–31. – URL: https://www.vetpress.ru/jour/article/view/53 (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

19. Бышов, Н. В. Исследование распределения плотности вероятностей патогенных маркеров свиного бесподстилочного навоза / Н. В. Бышов, Н. В. Лимаренко, И. А. Успенский [и др.]. – DOI 10.32786/2071-9485-2019-04-26 // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса. – 2019. – № 4 (56). – С. 215–227. – URL: http://www.volgau.com/Portals/0/static/izvestiya_auk/izv_auk_056/izv_auk_056_st_26.pdf?ver=2020-01-31-101602-813 (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

20. Byshov, N. V. Ecological and Technological Criteria for the Efficient Utilization of Liquid Manure / N. V. Byshov, I. A. Uspensky, I. A. Yukhin [et al.]. – DOI 10.1088/1755-1315/422/1/012069 // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. – 2020. – № 422. – 5 p. – URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/422/1/012069/pdf (дата обращения: 03.08.2020).

21. Лимаренко, Н. В. Создание математической модели технологического процесса обеззараживания стоков животноводства / Н. В. Лимаренко // Известия ВУЗов. Пищевая технология. – 2017. – № 3. – С. 108–112. – URL: https://ivpt.kubstu.ru/tocs/356-357/31 (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

22. Месхи, Б. Ч. Создание математической модели для оценки энергоемкости процесса обеззараживания стоков животноводства / Б. Ч. Месхи, Н. В. Лимаренко, В. П. Жаров [и др.]. – DOI 10.23947/1992-5980-2017-17-4-129-135 // Вестник Донского государственного технического университета. – 2017. – Т. 17, № 4. – С. 129–135. – URL: https://vestnik.donstu.ru/jour/article/view/192/193 (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

23. Патент № 2668906 Российская Федерация, МПК B01F 13/08 (2006.01), СПКB01F 13/08 (2018.08). Индуктор с замкнутым перемещением рабочих тел : № 2018106113 : заявл. 19.02.2018 : опубл. 04.10.2018 / Лаврентьев А. А., Ананченко Л. Н., Лимаренко Н. В. ; патентообладатель ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет». – 6 с.: ил.

24. Патент № 2680073 Российская Федерация, МПК C02F 1/48 (2006.01), C02F 1/50 (2006.01), A01N 25/02 (2006.01), C02F 1/76 (2006.01). Способ обеззараживания жидких сред : № 2018113501 : заявл. 13.04.2018 : опубл. 14.02.2019 / Жаров В. П., Шаповал Б. Г., Лимаренко Н. В. ; патентообладатель ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет». – 5 с.

25. Успенский, И. А. Исследование влияния параметров рабочих тел индуктора на коэффициент мощности / И. А. Успенский, И. А. Юхин, Г. А. Борисов [и др.] – DOI 10.32786/2071-9485-2019-03-45 // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса. – 2019. – № 3 (55). – С. 360–369. – URL: http://www.volgau.com/Portals/0/static/izvestiya_auk/izv_auk_055/izv_auk_055_st_45.pdf?ver=2019-10-24-135950-203 (дата обращения: 03.08.2020). – Рез. англ.

26. Byshov, N. V. Parameters of Optimized System of Technological Process of Waste Water Disinfection of Livestock Enterprises in Integrated Physico-Chemical Effects / N. V. Byshov, I. A. Uspensky, I. A. Yukhin [et al.]. – DOI 10.1088/1755-1315/341/1/012140 // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. – 2019. – № 341. – 6 p. – URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/341/1/012140 (дата обращения: 03.08.2020).

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.