Введение к работе
Актуальность темы. В последнее десятилетие вновь возрос интерес к компостам как к доступному по стоимости органическому удобрению. Это имеет особую значимость для крестьянских (фермерских) хозяйств, садоводческих обществ и личных подсобных хозяйств (частных подворий). Компостирование решает и такую важную экологическую задачу, как утилизация растительных материалов, оставшихся после скармливания животным, обкашивания территории хозяйств от сорных растений и прополки полеводческих участков, а также пожнивных остатков, обрези плодовых, декоративных деревьев и кустарников, опавшей листвы и пр. Для снижения трудоемкости компостирования и риска профессиональных заболеваний, вызванных патогенной микрофлорой, необходимо максимально механизировать все процессы в соответствии с технологией высокого уровня - перемешивание сырья, аэрацию, увлажнение и выгрузку готового компоста, что позволит минимизировать контакт человека с растительными материалами при их ферментативном разложении.
В связи с этим разработка установки для компостирования растительных материалов, сочетающей в себе надежность, малую металлоемкость, простоту монтажа, демонтажа, эксплуатации и относительно низкую стоимость, является актуальной.
Цель работы. Разработка и обоснование параметров установки для приготовления компоста с утилизацией избыточной теплоты.
Объект исследования. Технологический процесс компостирования, экспериментальная установка для приготовления компоста с утилизацией избыточной теплоты, выделяющейся при разложении растительных материалов.
Методы исследования. В работе использовались следующие методы: анкетного опроса экспертов; проектно-конструкторские; физические; вероятностно-статистические; аналого-цифровые; математического и биохимического анализа; приборного контроля.
Научная новизна. Разработана математическая модель процесса компостирования. Получены критериальное уравнение для нахождения числа патогенных микроорганизмов на термофильной стадии приготовления компоста, уравнение температуры поверхности укрывного материала и функциональные зависимости для определения режимных параметров установки с учетом ее конструктивных особенностей.
Практическая ценность работы. Разработаны принципиально новые устройства, защищенные патентами на полезные модели: контейнер для растительных материалов и приточно-вытяжная установка для получения органического удобрения с утилизацией избыточной теплоты (патенты № 99864, № 102174, № 107893, № 107894, № 111966, № 111967).
Результаты исследования компостирования растительных материалов в механизированной установке могут служить основанием для получения качественного органического удобрения в более короткие сроки (до 3 месяцев) по сравнению с немеханизированными приемами, а также снижения риска профессиональных заболеваний у работников растениеводства, контактирующих с компостом в процессе его приготовления.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1) Теоретическое обоснование конструктивно-технологической схемы получения компоста.
2) Математическая модель процесса получения компоста и результаты экспериментальных исследований.
3) Результаты анализа физико-химических и технологических свойств компостируемого материала, характеристики процесса и качественные показатели компоста.
4) Конструктивно-режимные параметры установки для приготовления компоста с утилизацией избыточной теплоты, её технико-экономическая оценка.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанная технология компостирования с использованием механизированной установки для приготовления компоста с утилизацией избыточной теплоты внедрена в ТНВ «Возрождение» Рогнеденского района Брянской области и КФХ «Ягодное» Выгоничского района Брянской области.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференциях:
1) Научно-практическая конференция «Проблемы энергетики, природопользования, экологии», 2011, г. Брянск, Брянская ГСХА.
2) Международный молодежный форум «Инновации 2010. Современное состояние и перспективы развития инновационной экономики», 2011, Брянский ГТУ, г. Брянск.
3) Межвузовская научно-техническая конференция «Конструирование, использование и надёжность машин сельскохозяйственного назначения», 2009-2011 г.г., г. Брянск, Брянская ГСХА.
4) Международная научно-практическая конференция «Социально-экономический потенциал сельских территорий: приоритетные направления формирования и реализации», 2011, г. Орёл, Орёл ГАУ.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, из них 2 статьи в изданиях, указанных в «Перечне ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК Минобразования и науки РФ», по результатам исследований получено шесть патентов на полезную модель (№ 99864, № 102174, № 107893, № 107894, № 111966, № 111967), опубликованных в бюллетенях «Изобретения, полезные модели» № 33 от 27.11.2010, № 5 от 20.02.2011, № 25 от 10.09.2011 и № 1 от 10.01.2012.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа содержит введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 159 наименований и 11 приложений. Основной текст изложен на 177 страницах и включает 90 рисунков, 14 таблиц.
