МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ И УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ СТОКОВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ

Экологизация животноводства лимитируется эффективностью утилизации на земледельческих полях навозных стоков, образующихся при бесподстилочном разведении сельскохозяйственных животных и содержащих болезнетворные бактерии, яйца и личинки гельминтов. Для обработки навозных стоков как многокомпонентных сред предложена технология, включающая разделение их на твердую фракцию и жидкую фазу в осадительной центрифуге со шнековой выгрузкой осадка и последующую дегельминтизацию жидкой фазы на установке ультрафильтрации. Для оценки эффективности технологии использованы методы математического моделирования с применением как оригинальных подходов в процессе центрифугирования с определением локальных пофракционных степеней улавливания и интегральной степени очистки, так и классических в процессе ультрафильтрации, основанных на диффундировании вещества через полупроницаемую перегородку под действием градиента давления. Исследования проводились на примере племенного завода по разведению КРС. По результатам математического моделирования установлено, что при заданной производительности 3…4 м3/ч все рассматриваемые центрифуги типа ОГШ обеспечивают степень очистки навозных стоков от твердой фракции на 97%, при этом, по критерию энергоэффективности, рекомендована машина типа ОГШ-202К-03 с мощностью привода 5,5 кВт. Определено, что для очистки жидкой фазы от патогенных микроорганизмов с увеличением рабочего давления от 0,1 до 0,7 МПа площадь фильтровальной перегородки мембран типа МФАС-Б-4 и МФАС-П-2 снижается с 78,2 до 11,2 м2, для мембраны типа МФАС-МА-6 - соответственно с 33,0 до 4,7 м2. Установлено, что при рабочем давлении 0,2 МПа, согласно критериям энергоемкости процесса и материалоемкости установки ультрафильтрации, целесообразно использовать мембрану типа МФАС-П-3, имеющую площадь фильтровальной перегородки 2,73 м2.

моделирование процессов, центрифугирование, ультрафильтрация, навозные стоки, болезнетворные бактерии и микроорганизмы, удобрения, ресурсоэффективные машинные технологии, process modeling, centrifugation, ultrafiltration, manure effluents, pathogenic bacteria and microorganisms, fertilizers, resource-efficient machine technologies

1. Новиков С.А., Шевченко В.А., Соловьев А.М. [и др.]. Использование соломы и стоков животноводческих комплексов при возделывании зерновых культур // Плодородие. 2014. № 5. С. 32-34.

2. Просвиряк П.Н., Шевченко В.А., Цыбизов В.А. Технология использования жидких стоков свиноводческих комплексов при возделывании кукурузы в условиях Верхневолжья // Плодородие. 2011. № 6. С. 39-41.

3. Яковлев С.В., Прозоров И.В., Иванов Е.Н. [и др.]. Рациональное использование водных ресурсов. М.: Высш. шк., 1991. 400 с.

4. Киров Ю.А. Повышение эффективности процесса разделения навозных стоков свиноводческих ферм и комплексов на фракции совершенствованием способов и технических средств: Автореф. дис.. д-ра техн. наук. Саратов, 2013. 42 с.

5. МУ 2156-80. Методические указания по осуществлению государственного санитарного надзора за системами сбора, удаления, хранения, обеззараживания и использования навоза и навозных стоков животноводческих комплексов и ферм промышленного типа. Утв. 12.03.1980. 17 с.

6. РД-АПК 1.10.15.02-17. Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета. М., 2017. 167 с.

7. Голованчиков А.Б., Новиков А.Е., Филимонов М.И. [и др.]. Моделирование гидродинамических процессов в центробежном поле гидроциклонов: Монография. Вол­гоград, 2017. 200 с.

8. Голованчиков А.Б., Новиков А.Е., Филимонов М.И. [и др.]. Физическое и математическое моделирование процессов центрифугирования: Монография. Волгоград, 2018. 157 с.

9. Максименко В.П., Зайцев С.А. Регулирование качества поливной воды на оросительных системах // Природообустройство. 2011. № 5. С. 15-20.

10. Телюбаев Ж.Б. Повышение качества переработки отходов животноводства для получения удобрений // АПК России. 2017. Т. 24. № 2. С. 508-515.

11. Turner C., Burton C.H. The inactivation of viruses in pig slurries: A review. Bioresource Technology. Vol. 61. Issue 1, July 1997, Pр. 9-20. DOI: https://doi.org/ 10.1016/S0960-8524(97)84693-7.

12. Dong L., Cao G., Guo X. et al. Efficient biogas production from cattle manure in a plug flow reactor: A large scale long termstudy.Bioresource Technology. 2019.Vol.278.Pp.450-455. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.01.100

13. Azevedo A., Fornasier F., Silva M. et al. Life cycle assessment of bioethanol production from cattle manure. Journal of Cleaner Production. Vol. 162. 20 September 2017, Pр. 1021-1030. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.06.141

14. Yuan X.,He T., Cao H. et al. Cattle manure pyrolysis process: Kinetic and thermodynamic analysis with isoconversional methods. Renewable Energy. Vol. 107. July 2017. Pp. 489-496. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.02.026

15. Vancov T., Schneider R.C.S., Palmer J. et al. Potential use of feedlot cattle manure for bioethanol production. Bioresource Technology. Vol. 183, May 2015. Pp. 120-128. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.02.027

16. Тимонин А.С., Божко Г.В., Борщев В.Я. [и др.]. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки. Калуга: Изд-во «Ноосфера», 2017. 948 с.

17. Микрофильтрационные мембраны типа МФАС-М. Режим доступа: http://www.vladipor.ru/catalog/&cid=001 (дата обращения 24.02.2019).