Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Совершенствование способов смешения навозных стоков, минеральных удобрений и поливной воды перед орошением кормовых культур

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование способов смешения навозных стоков, минеральных удобрений и поливной воды перед орошением кормовых культур"

На правах рукописи

ТЛРЛСЬЯНЦ Андрей Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ СМЕШЕНИЯ НАВОЗНЫХ СТОКОВ, МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ И ПОЛИВНОЙ ВОДЫ ПЕРЕД ОРОШЕНИЕМ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР

Специальность: 06.01.02. — «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□ОЗОВ4Э4Э

Волгоград - 2007

003064949

Диссертационная работа выполнена в ФГОУ ВПО НГМА Новочеркасская государственная мелиоративная академия

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент

КОНДРАТЬЕВ Анатолий Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, за-

служенный деятель науки и техники РФ, академик РАСХН

ГРИГОРОВ Михаил Стефанович

кандидат технических наук СОЛОВЬЕВ Александр Витальевич

Ведущая организация —

Федеральное государственное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»

Защита диссертации состоится 1 октября 2007 г. в 12°° часов на заседании диссертационного совета Д 220.008.02 в ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу 400002, г. Волгоград, пр. Университетский, 26, а. 214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан «_»_2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор с.-х. наук, профессор, ---Ряднов А.И.

Общая характеристика работы

А1сгуальность исследований. Построенные прикомплексные оросительные системы в настоящее время большей частью не эксплуатируются или разрушены, а проекты на новые системы хранятся в архивах без возможности строительства. Тысячи тонн ценного удобрения -навоза скопилось в местах содержания скота

Положение усугубляется отсутствием достаточно изученных и надежных технологий утилизации животноводческих стоков и парка машин, представленных в основном центробежными насосами и поливной техникой.

Как известно, при орошении кормовых культур на прикомплексных орошаемых участках в вегетационный период навоз смешивают с водой в необходимых пропорциях, густую часть мобильным транспортом вывозят на поля, а жидкую (осветленные стоки) подают по трубам в специальные накопители-смесители, где их смешивают с водой и насосными станциями транспортируют на поля.

При изготовлении смеси в смеситель подают поочередно природную воду и навозные стоки, что требует больших затрат средств и времени. Практическое применение других схем с напорным вводом стоков в оросительную сеть, с инъекторным или эжекторным вводом в напорный трубопровод также имеет много существенных недостатков и поэтому рассматривается в основном в литературе.

Таким образом, необходимость проведения научно-исследовательских работ, направленных на создание технологии смешения животноводческих стоков, воды и дефицита питательных веществ, является актуальной проблемой, не разрешенной в достаточной степени до настоящего времени.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей диссертационной работы является повышение урожайности орошаемых кормовых культур на прикомплексных участках с помощью разработанной технологии смешения навоза воды и минеральных удобрений на насосных станциях мелиоративного назначения.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить основные факторы, влияющие на возможность забора, смешения и транспортировки навоза по трубам.

2. Изучить состояние предлагаемых, разрабатываемых и проектируемых систем смешения животноводческих стоков и поливной воды, насосных установок для транспортировки навоза, норм и методов внесения и разбавления навоза, норм внесения минеральных удобрений, методов расчета гидротранспорта навозных стоков.

3. Разработать технологию системы смешения, обеспечивающую выполнение всех операций по смешению животноводческих стоков, жидких комплексных удобрений и воды.

4. Разработать методы расчета систем смешения, по выносу питательных веществ и планируемому урожаю кормовых культур.

5. Изучить влияние орошения смесью воды, навоза и минеральных удобрений с помощью предложенной технологии на растения и почву.

Научная новизна. В работе научно обоснована:

- технология смешения навоза, воды и минеральных удобрений в необходимых пропорциях на насосных станциях мелиоративного назначения;

- методика расчета оборудования насосной станции и элементов струйного смесителя;

- математические зависимости для определения расхода навоза подсасываемого смесителем.

На защиту выносится:

- методика расчета системы смешения жидкой фракции навоза, воды и минеральных удобрений вводимых во всасывающий трубопровод центробежных насосов с помощью струйных насосов;

- технологический процесс смешения навоза, воды и дефицита питательных веществ;

- экспериментальные зависимости для расчета струйной системы смешения;

Практическая значимость работы состоит в разработке усовершенствованной технологии смешения навоза, воды и минеральных удобрений в необходимых пропорциях.

Реализация научно-технических результатов диссертационной работы осуществлена путем разработки рекомендаций по применению усовершенствованной технологии, а также рекомендаций по проектированию комплекса насосного оборудования. Совместно с научными организациями осуществлена разработка системы смешения жидкой фракции навоза, воды и минеральных удобрений на насосных станциях животноводческих комплексов.

Проектные разработки проведены институтами Севкавгипроводхоз и Южводпроект.

Расчетный экономический эффект от внедрения разработанной технологии и комплекса насосного оборудования составляет 3430 тыс. руб. в ценах 2005 г. по животноводческому комплексу ООО «Калалинское» Ставропольского края.

Апробация работы. Диссертационная работа рассмотрена и рекомендована к защите на научно-техническом совете института Южводпроект. Отдельные разделы диссертации рассматривались на научно-техническом совете объединения «Ставропольводмелиорация»; на научно-технических конференциях НГМА, ФГНУ «РосНИИПМ» с 1998 по 2005 гг. Рекомендации по проектированию систем смешения животноводческих стоков с поливной водой и минеральными удобрениями переданы в проектный институт Южводпроект.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 8 печатных работах, из них две работы опубликованы в изданиях рекомендованных ВАК РФ. Общий объем опубликованных работ составляет 2,3 п.л. из них 0,9 п.л. принадлежит автору.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 132 страницах, включает 22 таблицы, 30 рисунков и 4 приложения. Список использованной литературы состоит из 128 наименований, из них 5 на иностранных языках.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи, научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены существующие оросительные системы на стоках животноводческих комплексов.

В настоящее время в практике проектирования орошаемых участков более всего распространена схема подготовки смеси в смесительной камере. Данными вопросами подготовки смеси перед орошением занимались М.С. Григоров, Д.П. Гостищев, A.M. Буцыкин, Н.Г. Ковалев, O.E. Ясониди, А.Я. Бугаев и др.

При рассмотрении данной схемы авторы указывают на ряд недостатков'-способ очень дорогой, затруднен контроль соотношения между стоками и водой, системы смешения работают циклично, т.е. в смеситель приходится поочередно подавать стоки и воду, после чего включается насосная станция подачи смеси на орошаемый участок. При необходимости изменения концентрации или ввода в смесь минеральных удобрений (дефицита питательных веществ), задача приготовления еще более осложняется и практически невыполнима.

Практика проектирования показывает, что для данных работ необходима конструкция, позволяющая смешивать в необходимых пропорциях навоз, воду и минеральные удобрения, в процессе работы менять концентрацию смеси.

В качестве такого механизма смешения в данной работе предлагается струйный смеситель с вводом его напорного патрубка во всасывающие трубопроводы центробежных насосов.

В качестве контролирующего механизма величины подачи напорных стоков принят манометр.

В настоящей схеме устранены все вышеперечисленные недостатки, схема проста в устройстве и надежна в эксплуатации.

Для расчета норм разбавления водой и внесения жидкого навоза по питательным веществам имеется возможность использовать расчетные данные В.А. Никитина и В.И. Дмитриевой (табл. 1).

Таблица 1 - Оросительная норма фракции навоза, рассчитанная по питательным веществам, м3/га

Культуры

N Р2О5 к2о

Многолетние травы (зеленая масса) 216 346 250

Кукуруза (зеленая масса) 295 600 489

Свекла кормовая 393 533 670

При содержании N = 0,12 %, Р205 = 0,025 %, К20 = 0,08 % из трех норм (по К, Р2О5, К2О) за расчетную авторы рекомендуют принимать наименьшую по абсолютной величине и вносить в период поливов чистой водой по технологии вода-навоз-вода.

Во второй главе описана методика расчета оборудования насосной станции и элементов смесителя для подачи животноводческих стоков, минеральных удобрений и воды на орошаемые участки.

Целью расчета является определение дефицита питательных веществ в навозе, подбор центробежных насосов в насосной станции подачи животноводческих стоков, определение геометрических размеров и параметров смесителя по заданной величине расхода дождевальных машин и площади орошения. Расчет проведен на примере орошаемого участка ООО «Калалинское» Ставропольского края (табл. 2).

В третьей главе описана технология смешения жидкой фракции животноводческих стоков, минеральных удобрений и воды, технологический процесс транспортировки навоза неразделенного на фракции.

Таблица 2 - Расчет системы смешения навоза с водой (плотность навоза

принята равной 1,00 т/м3)

Наименование показателей, единицы измерения Расчетные формулы и расчет показателей

1 2

1. Вынос питательных веществ с 1 га при планируемом урожае 400 ц/га, кг/га:

-азога (В* - вынос с 1 т урожая, кг/га; У - урожайность, ц/га) У-Ву 400-4 й'=1«'в Т =16°'° (1)

- фосфора У-В^ 400-3,5 =ио ф 10 10

-калия У-В:= 400-1,5 10 10

2. Годовая норма внесения жидкого навоза, м^га

по азоту Па - содержание азота в почве, кг/га - содеражание азота в навозе, % м= В.-П..К. _ ' 10 -к,а-к2а-н, = 160-20-0'2 = 282,4 10-0,65-0,85-0,1

по фосфору Пф — содержание фосфора в почве, кг/га Сф — содеражание фосфора в навозе, % ч ВФ~ПФ-КФ _ Ф 10-к1ф-к2ф.сф (5) = 140-30-0,1 10 0,65-0,95-0,03

по калию /7. — содержание калия в почве, кг/га С, — содеражание калия в навозе, % л/.- в'-п*-к* = \0-Ки-К2к-Ск = 60-70-0'3 =476,0 10-0,5-1,0-0,05

9. Расход насосной станции и смесителя 0,г (в единицах азота), л/с QИN - расход центробежного насоса 100.^ = 100-еда=1666 н лг0 0,06 ™ 100.а,=100.а,=1 2 Ы2 0,086

10. Коэффициент смешивания расходов а„, (?2 и дн а=1162,8а,=() <2Н 16 ббот

3. Подсасываемый смесителями объемный сток навоза на 1 га за год составит м3/га год Щ=Ма =282,4 (принимается по азоту)

4. Дефицит, кг/га:

- фосфора (2072 кг на общую площадь) оф = 1о.(мф-ма)-сф = = 10 -(307,7 - 282,4)0,03 = 7,59

Продолжение таблицы 2

1 2

^=10 {Мф-Мк)-Сф (11)

— калия (26426 кг на общую площадь) Я=10(М„-Ма)-С„ = = 10(476-282,4)0,05 = 96,8

5, Количество азота, содержащиеся в годовой норме жидкого навоза при содержании 0,1 %, м3/га ^^.^282,4.0,1 1а 100 100

6. Поливная норма смеси навоза с водой, м3/га ^•100 = 0,2824.100 = 7/0 0,06

7. Расчетная величина подмешиваемой воды, м3/га Б0=Яс-^ = 470,6-282,4 = 188,26 (15)

Размеры смесителя 31. Площадь выходного сечения насадка смесителя, м2 (Уа — скорость в сопле) О' 22 1-10"3 ю0 - = -0,00095 (16) 0 У0 23,26

32. Радиус цилиндрической части камеры смешения, м {т — геометрические характеристики смесителя) Р^ рГ0,00095 =0)045 V л V 3,14

33. Относительный внешний радиус насадка (значение опытное) Гд = 0,64 (18)

34. Внешний радиус насадка, и (опытный) г0' = Г0-Л, = 0,64-0,045 = 0,029 (19)

35. Внутренний радиус насадка, м (опытный) »о"= V = 0,0 а/ОО)-— =[ Л/о,642 —- 1-0,045 = Vv т) 4 ^ 6,9; (20) 231

42. Годовой объем стоков, м', при принятой в расчете норме стоков Ма = 282,4 м3/га (Р - площадь орошения 273 га) ж = Ма-Р = 282,4- 273 = 77095 (21)

43. Время стоянки дождевальной машины на позиции при выдаче объема, ч Ж' 214 7 ^ = -0,414 (22) Й-3,6 168-3,6

47. Подача насоса, м3/ч - расход дождевальной машины & = ■(а к пн) (23) 50 + 88'4).3,6 = 331,5

48. Напор насоса, м Н„=Нг + Ук, + Я = н г ЧГ.„. св = 12,0 + 30,0 + 50,0 = 92,0

Как уже отмечалось выше, для решения проблемы смешения осветленных стоков животноводческих комплексов и воды в системах орошения необходима технология, позволяющая смешивать стоки, воду и дефицит питательных веществ в необходимых пропорциях, проводить контроль расходов простыми методами, позволяющими обслуживающему персоналу, при необходимости, изменять режимы работы всей системы. Разработанная технологическая схема показана на рисунке 1. При рассмотрении данной технологической схемы и проведенных исследованиях были решены некоторые задачи, входящие в проблемы систем смешения: ввод в смесь навоза, воды и дефицита питательных веществ, регулирование расхода стоков, контроль расхода смеси.

ских стоков н воды ООО «Калалинское» Ставропольского края: 1 —

накопитель чистой воды; 2 — насосный агрегат; 3 - смеситель; 4 -трубопровод подачи рабочего расхода к смесителю; 5 - трубопровод подачи смеси навоза с водой на орошаемый участок; 6 — накопитель жидкого навоза; 7 - трубопровод подачи жидкого навоза; 8, 9, 10, 11, 20, 22, 23-задвижки; 12 —трубопровод подачи жидкого навоза во всасывающий патрубок центробежного насоса; 13, 14 - расходомеры; 15, 16-манометры; 17-мановакууметр; 18-граница здания насосной станции; 19-спускной кран; 21 — трубопровод промывки; 24 — трубопровод подачи стоков в накопитель; 26 — дренажный приямок; 27 — емкость для жидких комплексных удобрений, 28 — пьезометр.

В данном разделе рассмотрен технологический процесс системы смешения на насосной станции № 2 ООО «Калалинекое» Ставропольского края. Проект выполнен институтом Южводпроект и может быть типовым для систем подобного рода.

Перед пуском насосной оанции на трубопроводе 7 подачи жидкого навоза открываются задвижки 8, 9, спускной кран 19. В случае, если отметка «К» превышает отметку «В», через спускной кран 19 начинается движение вначале воздуха, а затем стоков. Спускной кран закрывается и мановакуу-метр 17 регистрирует появление статического давления в трубопроводе 7. Величина этого давления соответствует разнице отметок «К» и «В». Включается насосный агрегат 2, открывается задвижка 10 и через смеситель 3 начинается свободное истечение навоза. Манометр 15, мановакуумметр 17 и расходомер 13 фиксируют начало движения стоков, причем расход зависит от разницы отметок накопителей 6 и 1 и потерь напора в трубопроводе 7. В этом случае нужные пропорции водь: и навоза не соблюдаются, а расход стоков контролируется расходомером 13 или мановакуумметром 17 (мри необходимости мановакууметр тарируется). В случае когда в системе нужна фиксированная подача стоков, открывается задвижка 1 I и устанавливается необходимое давление в трубопроводе 4, контролируемое манометром 16. Включается в работу струйный смеситель. Изменение расхода навоза 02 и О, фиксируют манометры 15, мановакууметр 17, расходомер 13. Рабочий расход Ои контролируется расходомером 14, при увеличении папора в трубопроводе 12 задвижкой 10 величина рабочего расхода Ои практически не меняется, а величина подсасываемого расхода О, уменьшается.

Таким образом величину подачи стоков можно регулировать в каких-то пределах от максимального значения, зависящего от геометрии данной системы и установленного давления в трубопроводе 4, до нуля.

Кроме животноводческих стоков, по величине дефицита питательных веществ в смеситель подаются калийные и фосфорные удобрения из тарированной емкости 27. Расход контролировался пьезометром 28 и секундомером.

11

Кроме того в главе 3 рассмотрен технологический процесс транспортировки навоза неразделенного на фракции.

Для решения проблемы забора и транспортировки неразделенного на фракции навоза предлагается технологическая схема, состоящая из комплекса насосного оборудования (рис. 2) и позволяющая проводить забор навоза низкой влажности (84-85 %).

Рисунок 2 — Технологическая схема насосного оборудования для забора и транспортировки навоза низкой влажности: 1 - разбалтыватель; 2-заборное рабочее колесо; 3 — шнек; 4 - размельчитель; 5 — сетка; 6 — приводной двигатель; 7-лебедка; 8, 12-задвижки; 9-насос центробежный; 10 — струйный смеситель; 11 - насос смесителя; 12 — понтон.

Вышеприведенные разработанные варианты системы смешения жидкой фракции навоза с водой и комплекса насосного оборудования для забора и транспортировки неразделенного на фракции навоза позволили снять часть проблем по утилизации стоков животноводческих комплексов.

В четвертой главе представлены методика проведения и результаты экспериментальных исследований.

При испытаниях смесителя определялась величина подсасываемого расхода. Qx при этом измерялись:

_ во - расход рабочего потока в сечении «е-е» (см. рис. 1); - Q2 - расход смешанного потока в сечении «d-d»;

- h¡ — превышение оси манометров над уровнем воды в накопителе;

- hj- превышения оси манометров над сечением «e-e» «d-d» и «f-f».

По измеренным величинам определялись:

- коэффициент эжекции смесителя а0;

- подсасываемый смеситетелем расход жидкой фракции навоза Q¡ в сечении «f-f».

Устанавливались согласно матрицы планирования эксперимента:

- приведенный напор в напорном трубопроводе смесителя Н2 в сечении «d-d»

Р V2 Н2 - + — + h¡ gPo 2S

- приведенный напор рабочего потока в сечении «е-е»

Р V2 8Ро 2S

- приведенный напор подсасываемого потока смесителем в сечении «f-fj>

Р V2 gPo 2 g

Наггоры в сечениях «e-e», «d-d», «f-f» измерялись манометрами 15, 16, 17. Уровень воды в накопителе - пьезометром.

Расходы измерялись в сечениях «е-е» и «d-d» дифференциальными манометрами в сечении «f-f» расходомером 13. Линейные величины и относительные отметки измерялись пьезометром и с помощью нивелира.

Исследования проводились на работающей насосной станции (рис. 3).

Насосная станция 3-х агрегатная (рис. 3) с центробежными насосами СД 450-95 во всасывающие трубопроводы которых врезана напорная линия смесителя с манометром М2 для измерения давления и дифманометром для измерения расхода Q2 .Всасывающий трубопровод смесителя оборудован ма-новакууметром (MB) для измерения давления (вакуума). Рабочий трубопро-

вод смеси теля оборудован манометром М для измерения давления и диф-манйМетром с помощью которого и «терялся расход О,, .

Рисунок 3 — Насосная станция. Общий кпд: [ центробежные насосы; 2 струйный смсситель; 3 напорный трубопровод струйного насоса; 4 -всасывающий трубопровод; 5 ■ всасмвающий трубопровод; 6 - тробопроиод подачи дефицита питательных веществ

Кроме того в работе экспериментально установлена зависимость напоров //,, II, н И па величину подсасываемого расхода навоза (?, для исследованной насос ной станции ( !/ напор перед смесителем со стороны насоса нагнетателя, И - напор после смеси [ ел я, //, ■ напор перед смесителем со стороны подачи навот а Г Исследования проводились с испольчшшШом теории планирования эксперимента.

Факторы и ип тервшш варьирования представлены в таблице 3, мшрица планирования и резудьгнты эксперимента в таблице 4.

По результатам экспериментов обработан и ых но стандартной методике подучены математические модели (25, 26)

Уровни факторов Кодированные значения факторов Факторы и их натуральные значения

^з(^з)

#,,м Н2,ы Я3,м

Верхний +1 90 25 10

Средний 0 80 20 5

Нижний -1 70 15 0

Интервал 1 10 5 5

Таблица 4 - Матрица планирования и результаты экспериментов

Факторы Парное взаимодействие Критерии оптимизации

Подсасываемый смесителем расход, л/с, а Рабочий расход перед смесителем л/с Суммарный расход в напорном трубопроводе смесителя д2,,л/с

№ эксн ери-мента Напор перед смесителем, м, Напор после смесителя Н2, м Напор после смесителя Я„ м М *,*2 *,*3 *2*3 а.. бол

1 + + + + + + 24,9 60,3 85,3

2 + + - + - - 18,6 61,0 79,4

3 + - + - + - 18,3 61,7 79,9

4 + - - - - + 18,6 61,1 79,5

5 - + + - - + 8,3 40,7 48,9

6 - + - - + - 9,3 41,6 50,7

7 - - + + - - 12,4 40,4 52,9

8 - - - + + + 12,6 40,4 53,3

Для расхода подсасываемого навоза

б, = 15,34 + 4,71*, -0,11;Г2+0,61ЛГз +1,76*,*2 + 0,89*,*3 + +0,73*2*з + 0,89*,*2*з Для рабочего расхода перед смесителем, л/с

а =50,91 +10,14 А', - 0,01Х, + 0,11Х3 + 0,31Х,Х2 + 0,06ЛГ,Х3 -

-0,21Х2Х3 + 0,0 \ХхХгХъ (26)

На основании проведенного анализа математических моделей рекомендуются следующие значения оптимальных параметров процесса смешивания навоза с водой Хх = 1; Хг = 1; Х3 = 0, что соответствует факторным напорам Я, =90 м, напор Н2= 25 м, напор Н3 = 10 м. Данные параметры процесса обеспечивают максимальный расход ¡21 - 24,82 л/с.

В четвертой г лаве кроме исследований смесителя определялось влияние орошения жидким разбавленным навозом с добавлением минеральных удобрений на урожай кормовых культур.

Исследования влияния орошения разбавленным навозом с добавлением дефицита ЖКУ на урожай кукурузы, овса, подсолнечника и многолетних трав на зеленый корм и силос проводились в течение трех лет (с 1998 по 2002 гг.). Поставленные опыты были производственными, без повторений. Варианты на опытном участке размещены случайным методом, площадь каждого участка 10 га. Учет урожая проводился сплошной уборкой с помощью силосоуборочных комбайнов и фиксировался на платформенных автомобильных весах (табл. 5).

Орошение смесью навоза воды и минеральных удобрений было удобрительное, в дальнейшем влажность почвы поддерживалась на уровне 80% от наименьшей влагоемкости в соответствии с графиком полива, рассчитанным биоклиматическим методом. Из таблицы 5 видно, что урожай кукурузы, выращенный на силос и зеленый корм при орошении водой в среднем за три года составил 32,1 т/га (прибавка 10,75 т/га), при орошении водой с удобрительным поливом составил 42,85 т/га, прибавка составила 26,36 т/га, прибавка подсолнечника на зеленый корм и силос составила при орошении водой 15,44 т/га или 39,8%, овса с многолетними травами 5,9 т/га или 25,69%, а многолетних трав на зеленый корм 5,55 т/га или 24,8%. Наибольший эффект по прибавке урожая достигнут при выращивании кукурузы и подсолнечника. Прибавка при орошении смесью воды навоза и ЖКУ по каждой культуре составила соответственно 34,97; 31,82; 24,36 и 28,62 т/га.

16

Таблица 5 - Урожай с/х культур в ООО «Калалинское Ставропольского края, т/га

Культура Варианты Годы исследований Ср. урожайность, т/га Прибавки, т/га

2000 2001 2002 от орошения водой от орошения смесью воды и навоза от орошения смесью воды, навоза и ЖКУ

Кукуруза на силос и зеленый корм Неорошаемый 15,02 18.02 16,43 16,44 - -

Орошение водой 34,00 30,02 32,30 32,10 10,75 - -

Орошение смесью жидкого навоза и воды 42,34 46,33 40,08 42,85 - 26,36 -

Орошение смесью навоза, воды и мин. удоб. 40,40 52,14 53,85 51,46 19,36 - 34,97

Подсолнечник на силос и зеленый корм Неорошаемый 12,34 14,00 10,01 12,78 - - -

Орошение водой 27,03 26.41 22,48 25,30 15,44 19,3 -

Орошение смесью жидкого навоза и воды 33,47 34,23 33,44 35,38 - - -

Орошение смесью навоза, воды и мин. удоб. 44,30 45,90 43,33 44,6 - 9,22 31,82

Овес с многолет. травами на зеленый корм Неорошаемый 7,35 3,12 5,44 6,97 - - -

Орошение водой 24,00 21,70 23.18 22,96 15,44 - -

Орошение смесью жидкого навоза и воды 27,03 29,14 30,43 28,86 - 21,89 -

Орошение смесью навоза, воды и мин. удоб. 30,03 29,00 35,44 31,33 - - 24,36

Многолетние травы на зеленый корм Неорошаемый 5,06 7,00 7,08 6,38 - - -

Орошение водой 23.40 26,00 24,00 24.30 18,42 >• -

Орошение смесью жидкого навоза и воды 31,58 30,96 28,53 30,35 - 23,97 -

Орошение смесью навоза, воды и мин. удоб. 38,44 34,51 33,40 35,00 - - 28,62

Наблюдения за влиянием орошения на почву велись на специально закрытых динамических площадках (три на каждом участке), где отбирались образцы почвы по горизонтам 0-20, 20-40 и т.д. до 160-180 см. По каждому горизонту отбирались пробы на участках без орошения, орошавшихся водой и разбавленным жидким навозом в конце трехлетнего периода наблюдения. Анализ полученных лабораторных исследований проб почвы показал, что орошение разбавленным жидким навозом обеспечивает повышение почвенного плодородия при стабильном мелиоративном состоянии участка.

В пятой главе проведен расчет экономической эффективности системы орошения смесью навоза, воды и минеральных удобрений.

Расчет выполнен на примере ООО «Калалинское» Красногвардейского района Ставропольского края в соответствии с инструкцией СН 509-78 (цены 2005 г.).

Схемы систем смешения представлены на рисунках 7 (новый вариант) и рисунке 8 (старый, заменяемый вариант)

С—(ХЬ

V

-От

Рисунок 7 — Схема системы смешения навоза и воды с помощью струйного смесителя: 1 — накопитель

Рисунок 8 — Схема системы смешения навоза и воды с помощью водоема-смесителя: 1 — водоем-

стоков; 2 - смеситель; 3 - насосная смеситель; 2 - насосная станция пода-станция подачи воды в смеситель 411 воды НС-2; 3 - насосная станция (НС-2); 4 - насосная станция подачи подачи смеси НС-1; 4 - водоем; 5 -смеси на поля орошения (НС-1); 5 - накопитель стоков водоем

Годовой экономический эффект складывался из годового эффекта от создания и эксплуатации сооружения по подготовке навозных стоков Эс и годового эффекта в сфере эксплуатации и функционирования объекта за период досрочного ввода Эф.

По результатам расчетов экономическая эффективность использования струйных насосов для смешения жидкого навоза, воды и минеральных удобрений составляет для одного хозяйства площадью 273 га 3430 тыс. рублей.

Основные выводы

1. В результате проведенных опытов по влиянию орошения жидким разбавленным навозом на растения и почву установлено, что удобрительные поливы жидким навозом с добавлением дефицита питательных веществ положительно влияют на рост растений и создают прибавку урожая кукурузы на силос на 34,97 т/га, подсолнечника на зеленый корм и силос на 31,82 т/га, овса с многолетними травами на 24,36 т/га и многолетние травы 28,62 т/га, по сравнению с урожаем, полученным при орошении водой. На участке, орошаемом смесыо воды и навоза, содержащей органическое вещество, величина гумуса в верхнем пахотном горизонте увеличилась на 18,5 %. Произошло и некоторое обогащение нижних горизонтов, повысив потенциальное плодородие почвы. При орошении водой содержание общего азота в пахотном и подпахотном горизонтах уменьшилась соответственно в 2,6 и 2 раза.

2. Настоящей работой обоснован и разработан технологический процесс системы смешения осветленных стоков с водой и дефицита калийных и фосфорных удобрений, где в качестве смесителя используется струйный насос, подающий смесь во всасывающие трубопроводы центробежных насосных агрегатов.

Предложенный технологический процесс работы орошаемого участка на примере ООО «Калалинское» Ставропольского края позволяет проектным организациям иметь типовую схему работы всей системы в целом.

3. Разработанная методика расчета дает возможность по запланированному урожаю кормовых культур на прикомплексных участках по заданной величине расхода дождевальных машин, концентрации смеси навоза, воды, дефици-

та питательных веществ и площади орошения, провести расчет геометрических и гидравлических параметров смесителя и насосной станции.

4. Предлагаются новые принципы контроля подсасываемых смесителем стоков, позволяющие по заранее разработанной зависимости или таблице иметь возможность определять расход во всасывающем трубопроводе.

5. По результатам экспериментальных исследований выведены математические зависимости величины подсасываемых стоков от факторов влияющих на эту величину - напора перед смесителем Н\, напора в напорном требопроводе смесителя Нг и напора во всасывающем трубопроводе смесителя Щ.

6. Экономическая эффективность результатов диссертационной работы достигается за счет получения дополнительного урожая кормовых культур, сокращения объема капитальных вложений при строительстве систем орошения и составляет на комплексе с содержанием 5-8 тыс. голов КРС от 2,5 до 4,0 млн. руб. в год.

Предложения производству

1. При разработке технологических решений по утилизации животноводческих стоков рекомендуется использовать струйные смесители с вводом их напорных трубопроводов во всасывающие трубопроводы центробежных насосов.

2. По разработанной методике расчета необходимо перед смешением стоков и воды провести расчет дефицита питательных веществ (калийных и фосфорных) и с помощью дополнительных устройств ввести дефицит в смесь.

3. Исследованная и внедренная система смешения может быть использована как на стационарных так и на передвижных насосных станциях для участков орошения, независимо от их площади.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Уржумов, Д.В. Расчет бескавитационного режима работы струйных на-

сосов. / Уржумов Д.В., Уржумова Ю.С., Тарасьянц A.C. II Известия вузов. Северный Кавказ. Технические науки // . 2006 г. - приложение № 11. — с. 90-93.

2. Тарасьянц, A.C. Технология смешения жидкой фракции животноводческих стоков и воды струйными смесителями. / Тарасьянц A.C., Уржумов Д.В., Уржумова Ю.С. // Известия вузов. Северный Кавказ. Технические науки//. 2006Г- приложение № 10.-с. 103-105.

Публикации в других изданиях

1. Бабенко, Ю.В. Экспериментальные исследования шнекового рабочего органа для очистки каналов от растительных остатков. / Бабенко Ю.В., Морозов B.C., Тарасьянц A.C. // «Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды». Сборник статей студентов и молодых ученых, г. Новочеркасск: т. 2,2004, с. 7-16.

2. Морозов, B.C. Экспериментальные исследования процесса разложения растительных остатков в водной среде. / Морозов B.C., Тарасьянц A.C. // «Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды». Сборник статей студентов и молодых ученых, г. Новочеркасск: т. 2, 2005. — с. 44-48.

3. Павлгокова, Е.Д. Гидравлический расчет трубопроводов системы локального орошения теплиц Новочеркасской ГРЭС. / Павлюкова Е.Д., Уржумов Д.В., Тарасьянц A.C. // Материалы междунар. науч.-практ. конф., 2-3 февр. 2006 г. г. Новочеркасск: в 2 т. Т. II Мин. с.-х. РФ; Отд-ние мелиорации, водного и лесного хозяйства Россельхозакадемии; Новочерк. гос. мелиор. акад.; Междунар. акад. Экологии и природопользования; ред. кол. В.Н. Шкура [и др.]. -Новочеркасск: ООО НПО «Темп», 2006. - 272- с.

4. Уржумов, Д.В. Подбор центробежных насосов под трубопроводную сеть. «Экологические проблемы природопользования в мелиоративном земледелии». / Уржумов Д.В., Тарасьянц A.C. // Материалы междунар. науч.-практ. конф., 2-3 февр. 2006 г. г. Новочеркасск: в 2 т. Т. 1 / Мин. с.-х. РФ; Отд-ние мелиорации, водного и лесного хозяйства Россельхозакадемии; Новочерк. гос. мелиор. акад.; Междунар. акад. Экологии и природопользования; ред. кол.

В.Н. Шкура [и др.]. - Новочеркасск: ООО НПО «Темп», 2006. - 272- с.

5. Уржумов, Д.В. Расчет эжекторного всасывающего наконечника для землеосных снарядов. / Уржумов Д.В., Уржумова Ю.С., Тарасьянц A.C. // «Экологические проблемы природопользования в мелиоративном земледелии». Материалы междунар. науч.-практ. конф., 2-3 февр. 2006 г. г. Новочеркасск: в 2 т. Т. 1 / Мин. с.-х. РФ; Отд-ние мелиорации, водного и лесного хозяйства Рос-сельхозакадемин; Новочерк. гос. мелиор. акад.; Междунар. акад. Экологии и природопользования; ред. кол. В.Н. Шкура [и др.]. - Новочеркасск: ООО НПО «Темп», 2006. - 272- с.

6. Тарасьянц, A.C. Испытания эжекторно-землесосного снаряда. «Экологические проблемы природопользования в мелиоративном земледелии». / Тарасьянц A.C., Уржумов Д.В., Уржумова Ю.С. // Материалы междунар. науч.-практ. конф., 2-3 февр. 2006 г. г. Новочеркасск: в 2 т. Т. 1 / Мин. с.-х. РФ; Отд-ние мелиорации, водного и лесного хозяйства Россельхозакадемии; Новочерк. гос. мелиор. акад.; Междунар. акад. Экологии и природопользования; ред. кол. В.Н. Шкура [и др.]. - Новочеркасск: ООО НПО «Темп», 2006. - 272- с.

Подписано в печать 20.08.2007г Тираж 100 экз.

Заказ № 286

Тинофафия НГМА, ул. Пушкинская, 111, г. Новочеркасск