name: Повышение экологической безопасности молочных ферм путём минимизации и утилизации навозосодержащих стоков доильных залов
keyword_list: Внутрипочвенное внесение Теплица Минимизация Утилизация Навозосодержащие стоки Молочная ферма КРС Экологическая безопасность
abstract: Актуальность темы. Экологические проблемы, в частности, в сельхозпредприятиях, перешедших на беспривязное содержание коров и доение их в доильных залах, связаны с навозосодержащими стоками, образующимися от мытья доильных и преддоильных площадок. По данным на 2018 г. в 67 регионах РФ 7,3 % хозяйств, занимающихся производством молока, используют доение на автоматизированных доильных установках, при этом 65,7 % хозяйств считают его перспективным. В сельхоз-предприятиях Ленинградской области на конец 2018 г. насчитывается 77,8 тыс. коров, из которых около 40 тыс. (51 %) доятся в доильных залах. В соответствии РД-АПК 1.10.15.02-17 расчетное количество навозных стоков, образующихся от одной коровы на доильных площадках, составляет 20 л/сут., таким образом, например, в Ленинградской области ежегодный выход стоков составляет около 292 тыс. м3. На большинстве животноводческих объектах нет полноценно работающих очистных сооружений, а имеющиеся не обеспечивают очистку до необходимого уровня. Поэтому на практике производят непрерывный вывоз огромного количества практически не осветленных и не обеззараженных навозосодержащих сточных вод на поля орошения в любое время года, загрязняя почву, грунтовые воды и воздух. Имея сложный химический состав и являясь эпидемически опасными стоки доильных залов стали сегодня серьезной экологической проблемой всех без исключения регионов России. Анализ существующих технологий и технических средств использования стоков показывают, что они нуждаются в совершенствовании. 
  Степень разработанности темы. Значительный вклад в изучение вопросов влияния навозосодержащих стоков на экологию, их подготовки, использования и переработки внесли Д.П. Гостищев, Л.П. Овцов, А.М. Бондаренко, Е.Е. Хазанов, Т.И. Гордеева, А.Ю. Брюханов, И.И. Шигапов, Н.В. Лимаренко, П.И. Гриднев, А.М. Асонов, В.С. Григорьев и др. Разработана концепция, согласно которой безотходному животноводческому предприятию целесообразно включать в себя культивационные сооружения – теплицы. Разработан способ утилизации стоков доильных залов молочных ферм (патент № RU2280620) и технологическая схема их подготовки при использовании для полива, но, при этом, полного обеззараживания не достигнуто и остаются не до конца решенными вопросы внесения навозосодержащих стоков доильных залов (НСДЗ) в теплицах. Кроме того, в современных животноводческих хозяйствах нет должного контроля и учёта количества НСДЗ, не принимаются меры по их сокращению, что снизило бы антропогенную нагрузку на окружающую среду. Проводимые нами исследования направлены на повышение экологической безопасности молочных ферм КРС, в частности, на сокращение количества навозосодержащих стоков доильных залов путём оптимизации технико-технологических и планировочных решений фермы и круглогодичной их утилизации в теплице, а также сокращение выбросов парникового газа СО2 от агрегатов для внесения этих стоков в качестве органических удобрений на поля. Проведенные исследования являются составной частью работ, выполняемых в ИАЭП – филиале ФГБНУ ФНАЦ ВИМ по направлению фундаментальных исследований п. 162 и направлены на решение критической технологии РФ «Технологии экологически безопасного ресурсосберегающего производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания» и отвечает приоритетному направлению развития науки, технологий и техники в РФ «Рациональное природопользование».
  Цель исследования. Повышение экологической безопасности молочных ферм КРС путём минимизации и утилизации навозосодержащих стоков доильных залов в теплице.
  Задачи исследования:  изучить факторы и существующие зависимости, определяющие количество навозосодержащих стоков доильного зала; разработать математические модели выхода навозосодержащих стоков доильных залов для использования их на стадии концептуального проектирования ферм КРС; разработать математическую модель оптимизации технологических параметров фермы и доильного зала по критерию минимального выхода навозосодержащих стоков доильного зала для концептуального проектирования; разработать методику и алгоритм расчёта площади теплицы для утилизации навозосодержащих стоков lоильных залов; провести экспериментальные исследования способов утилизации навозосодержащих стоков доильных залов в теплице и определить оптимальные параметры системы их внутрипочвенного внесения;
  провести исследования по обработке навозосодержащих стоков доильных залов для достижения требований, удовлетворяющих ГОСТ 53117-2008 («Удобрения органические на основе отходов животноводства»);
  определить эколого-экономическую эффективность использования предлагаемой технологии утилизации навозосодержащих стоков доильных залов в теплице.
  Объект исследования. Технологический процесс образования и подготовки навозосодержащих стоков доильных залов и технические средства для их внесения в теплице.
  Предмет исследования. Навозосодержащие стоки доильного зала, методы оценки их количества и технологии подготовки, зависимости влияния параметров и режимов работы систем внутрипочвенного внесения 
  навозосодержащих стоков доильного зала на урожайность растений.
  Научная новизна работы: многофакторные нелинейные математические модели определения количества навозосодержащих стоков доильного зала; математическая модель оптимизации технологических параметров фермы и доильного зала по критерию минимального выхода навозосодержащих стоков доильного зала для концептуального проектирования; способ подготовки навозосодержащих стоков доильных залов с использованием анолита АНК; модели влияния конструктивных параметров и режимов работы внутрипочвенной системы внесения навозосодержащих стоков на биометрические показатели растений. 
  Теоретическую и практическую значимость работы составляют: методика определения количества навозосодержащих стоков доильного зала в зависимости от размера технологической группы, типа и размера 
  доильной установки, количества моек пола и времени разового доения; математическая модель оптимизации технологических параметров фермы и доильного зала по критерию минимального выхода навозосодержащих стоков доильного зала для концептуального проектирования; конструктивные параметры системы внутрипочвенного внесения навозосодержащих стоков доильных залов в теплице; устройство для очистки сточных вод и воздушных выбросов животноводческих комплексов (патент на полезную модель № 142531 РФ); программа расчёта площади прифермской теплицы для утилизации навозосодержащих стоков (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019660894).
  Методология и методы исследования. Применялись стандартные и частные методы и методики исследования с обработкой данных на персональном компьютере с использованием программных пакетов Statgraphics Centurion XV, Microsoft Office, Excel 2007, Statistica, AutoCAD-2010.
  Положения, выносимые на защиту: математические модели определения количества навозосодержащих стоков доильного зала; математическая модель оптимизации технологических параметров фермы и доильного зала по критерию минимального выхода навозосодержащих стоков доильного зала для концептуального проектирования; методика и алгоритм расчета площади прифермской теплицы для утилизации навозосодержащих стоков доильных залов; математические модели влияния конструктивных параметров и режимов работы внутрипочвенной системы внесения навозосодержащих стоков на биометрические показатели растений; способ подготовки навозосодержащих стоков доильных залов с использованием анолита АНК.
  Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений подтверждается проведенным анализом современного состояния исследований, обоснованным выбором исходных данных, основных допущений и ограничений при формулировании постановок научных задач, использованием апробированного современного математического аппарата, согласованностью разработанной методологии с общими принципами и концепциями, принятыми в сельскохозяйственных науках. Кроме того, подтверждается результатами теоретических (адекватность соответствует доверительному уровню 0,954-0,998) и экспериментальных исследований, полученными с использованием современных измерительных устройств, при достаточном количестве повторностей опытов (адекватность соответствует доверительному уровню 0,963-0,992).
  Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ общим объемом 12,53 печатных листов, в том числе 9 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ; 1 – в международном издании базы Web of Science, получены патент Российской Федерации на полезную модель и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
chairman_dissertation_council.name: Вячеслав
chairman_dissertation_council.surname: Черноиванов
chairman_dissertation_council.patronymic: Иванович
chairman_dissertation_council.position: Главный научный сотрудник
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Академик
chairman_dissertation_council.wos_research_id: "-"
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6602682232
chairman_dissertation_council.rinc_id: 552570
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Александр
organization_supervisor.surname: Соколов
organization_supervisor.patronymic: Вячеславович
organization_supervisor.position: Ведущий научный сотрудник
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 68.85.39
rubrics.name: Механизация и электрификация в животноводстве
oecds.code: 04.05.AE
oecds.name: AGRICULTURAL ENGINEERING
speciality_codes.name: Технологии и средства механизации сельского хозяйства
speciality_codes.code: 05.20.01
supervisors.fio: Гордеев В.В.
supervisors.scientific_degree: Кандидат технических наук
supervisors.speciality_code: Технологии и средства механизации сельского хозяйства
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Бондаренко А.М.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Технологии и средства механизации сельского хозяйства
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Лимаренко Н.В.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Технологии и средства механизации сельского хозяйства
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГБНУ ФНАЦ ВИМ
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ ЦЕНТР ВИМ"
protection_organization.ogrn: 1037739771827
protection_organization.supervisor_name: АНДРЕЙ
protection_organization.supervisor_surname: ИЗМАЙЛОВ
protection_organization.supervisor_patronymic: ЮРЬЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения