Введение к работе
Актуальность работы.
Максимально возможные урожаи сельскохозяйственных культур можно получить только при совместном применении органических и минеральных удобрений. При этом минеральные удобрения в основном способствуют повышению урожайности. Органические удобрения, помимо повышения урожайности, улучшают структуру и плодородие почв, способствуя увеличению содержания гумуса, что непременно сказывается на качестве продукции.
Одной из разновидностей органических удобрений является биокомпост. Биокомпост, полученный ускоренным методом с соблюдением установленных параметров ферментирования, представляет собой высокоэффективное органическое удобрение, обеззараженное от яиц и личинок гельминтов, патогенной микрофлоры, не содержит жизнеспособных семян сорняков. Содержит подвижные формы азота и фосфора, способствующие оптимизации минерального питания растений. Характеризуется высоким содержанием органического вещества и благоприятными физическими свойствами.
В условиях активного применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве органические удобрения не только не теряют своего значения, но их роль в повышении плодородия почв, получения высококачественной, экологически чистой продукции растениеводства, возрастает. Поэтому необходимо обеспечить сельское хозяйство высокопроизводительными и экономически выгодными способами и технологиями производства высококачественных органических удобрений, решая тем самым проблему утилизации отходов производства животноводческих предприятий и птицефабрик.
Земледелие сегодня требует комплексных, экологически оправданных методов хозяйствования для сохранения и использования почвы, водных ресурсов, атмосферы с целью удовлетворения потребностей человечества в высококачественной продукции с сохранением природных комплексов.
На уровне отдельных полей и водосборов следует рассматривать одновременно четыре основные экологические проблемы земледелия:
1) сохранение почвы как компонента биосферы и основного средства производства в сельском хозяйстве;
2) поддержание качества водных ресурсов в соответствии с установленными стандартами;
3) получение продуктов земледелия оптимального качества;
4) обеспечение условий для непрерывного роста продуктивности почвы.
Вынос растениями элементов питания из почвы с урожаем компенсируется за счет внесения минеральных удобрений и пожнивными остатками лишь на 15%.
Снижение интенсификации земледелия за последние десять лет привело к уменьшению содержания гумуса в почве с 2,2 – 2,0 до 1,8 – 1,4%, начался процесс подкисления почв, заметно падает содержание подвижных форм фосфора и обменного калия. Резкое снижение применения органических удобрений, естественным образом отражается на почвенном плодородии и в конечном результате, на урожайности всех сельскохозяйственных культур и качестве продукции растениеводства.
Вопросами разработки технологий и технических средств для приготовления органических удобрений занимались Ю.И. Вахромеев, Ю.В. Иванов, Н.Г. Ковалев, В.П. Коваленко, Г.Е. Листопад, Г.И. Личман, Н.М. Марченко, В.Н Афанасьев, Н.З. Милащенко, Б.А. Нефедов, П.Д. Попов, Е.П. Харламов, С.Д. Сметнев, И.С. Шатилов, В.А. Шмонин и др.
Применение органических удобрений в виде биокомпостов, повышает плодородие почв и грунтов за счет обогащения их гумусовыми соединениями, азотом, фосфором, кальцием и микроэлементами. При внесении компостов активизируется агрономически полезная микрофлора, повышается подвижность питательных веществ. Благодаря наличию термофильных микроорганизмов и бактерий-антагонистов улучшается фитосанитарное состояние агросистем. Создается определенный микробный ценоз в ризосфере растений, особенно при локальном внесении компоста.
Процесс смешивания занимает особое место в технологии переработки органических отходов, ввиду прямого влияния на качество приготавливаемой смеси и тем, что он самый трудоемкий и определяет производительность технологии в целом. К смешивающим устройствам предъявляют два основных требования. Первое, обеспечить заданное соотношение компонентов (по массе или объему) в готовой смеси с отклонениями, не превышающими установленных допусков. Второе, перераспределить частицы смешиваемых компонентов так, чтобы показатель неравномерности их распределения был в пределах технологических требований.
Объектом исследования является процесс смешивания компонентов в технологической линии производства биокомпостов.
Методика исследования. При выполнении диссертационной работы использовались как стандартные, так и частные методики исследования с применением математического планирования эксперимента и обработки данных на ЭВМ.
Научная новизна состоит в:
разработке узла смешивания в технологической линии производства биокомпостов;
разработке математических и физических моделей, описывающих процесс смешивания исходных компонентов в исследуемом устройстве;
определении оптимальных значений основных параметров влияющих на качественные и количественные показатели узла смешивания;
получении уравнении регрессии, описывающих зависимость между основными управляющими факторами процесса смешивания исходных компонентов;
разработке технологической схемы управления процессом смешивания исходных компонентов.
Достоверность основных положений подтверждена положительными результатами лабораторных и производственных исследований.
Практическая ценность и реализация результатов исследований.
Разработан узел смешивания исходных компонентов для технологической линии производства и система управления основными параметрами процесса смешивания. Изготовлен лабораторный и экспериментальный образец узла смешивания технологической линии производства биокомпостов, прошедший производственные испытания в OОО «БХЗ – Агро» Буйского района Костромской области, при испытаниях получено 36 т. биокомпоста. Производственный образец узла смешивания так же использовался для производства биокомпостов по технологии в бурте, при этом объём массы исходных компонентов для биокомпоста составил 250 м3.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов в ФГОУ ВПО “Костромская ГСХА” 2008...2011 гг. и СПб-ГАУ г.Санкт – Петербург в 2011 г. С 2008 г. по 2011г. работа выполнялась в рамках программы НИР ФГОУ ВПО Костромской ГСХА и программы СТАРТ 08 финансируемая государственным фондом развития малых форм предприятий в научно – технической сфере. В 2008 году технологическая линия по переработке органических отходов в биокомпосты, в состав которой входит новый узел смешивания исходных компонентов, была отмечена золотой медалью на 10-ой выставке «Золотая осень» в номинации «За производство высокоэффективных экологически безопасных удобрений: почв, грунтов, подкормок, технологий улучшения плодородия почв».
Основное содержание диссертации изложено в 9 научных работах, в том числе – патенте на изобретение № 2365566
Публикации. Основная часть работы изложена в 9 научных публикациях, в том числе одном патенте на изобретения и трёх изданиях рекомендованных ВАК.
Объём работы. Работа состоит из введения 5 глав, списка использованной литературы, включающего 103 наименовании и 3 приложений. Общий объём работы изложен на 143 страницах машинописного текста, включая 10 таблиц и 46 рисунков.
На защиту выносятся:
технологическая схема процесса смешивания исходных компонентов для приготовления биокомпостов;
модель функционирования технологического процесса работы узла смешивания;
идентификация и установка основных закономерностей процесса смешивания исходных компонентов;
результаты лабораторных и производственных испытаний ферментирующего устройства;
основные параметры рабочих органов узла смешивания в зависимости от необходимого соотношения исходных компонентов в компостируемой массе.
