Помощь студентам в учебе
Разработка комплекса получения кормов из растительных отходов на основе ЭМ-технологии
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ
ОТХОДОВ В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ 9
1.1 Характеристика отходов растительного происхождения
сельскохозяйственного назначения 12
1.1.1 Отходы растительного происхождения Самарского региона 15
1.2 Переработка и утилизация растительных отходов 19
1.3 Способы получения кормовых продуктов для сельскохозяйственных
животных 26
1.3.1 Анаэробные методы 30
1.3.1.1 Силосование 33
1.3.2 Аэробные методы 50
1.3.2.1 Кавитационная обработка 50
1.4 Корма для животных из сельскохозяйственных отходов на примере
Самарской области 53
1.5 Вывод по главе 1 56
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ 58
2.1 Применение эффективных микроорганизмов (ЭМ-технологий) для
получения ценных кормов из растительных отходов 58
2.1.1 Особенности применения эффективных микроорганизмов 60
2.1.2 Развитие ЭМ-технологий, получение ЭМ-препаратов 63
2.1.3 Области применения эффективных микроорганизмов в агропромышленном комплексе 65
2.2 Разработка технологических решений получения кормов из растительных отходов в условиях Самарского региона 68
2.2.1 Мобильный модуль силосования рукавным способом с применением ЭМ-технологии 70
2.2.2 Модуль кавитационной обработки растительных отходов с
последующим гранулированием в корма 72
2.2.3 Методические рекомендации для приготовления и использования
ЭМ-препарата 74
2.3 Вывод по главе 2 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 79
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 82
ПРИЛОЖЕНИЕ 92
Приложение А
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ
ОТХОДОВ В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ 9
1.1 Характеристика отходов растительного происхождения
сельскохозяйственного назначения 12
1.1.1 Отходы растительного происхождения Самарского региона 15
1.2 Переработка и утилизация растительных отходов 19
1.3 Способы получения кормовых продуктов для сельскохозяйственных
животных 26
1.3.1 Анаэробные методы 30
1.3.1.1 Силосование 33
1.3.2 Аэробные методы 50
1.3.2.1 Кавитационная обработка 50
1.4 Корма для животных из сельскохозяйственных отходов на примере
Самарской области 53
1.5 Вывод по главе 1 56
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ 58
2.1 Применение эффективных микроорганизмов (ЭМ-технологий) для
получения ценных кормов из растительных отходов 58
2.1.1 Особенности применения эффективных микроорганизмов 60
2.1.2 Развитие ЭМ-технологий, получение ЭМ-препаратов 63
2.1.3 Области применения эффективных микроорганизмов в агропромышленном комплексе 65
2.2 Разработка технологических решений получения кормов из растительных отходов в условиях Самарского региона 68
2.2.1 Мобильный модуль силосования рукавным способом с применением ЭМ-технологии 70
2.2.2 Модуль кавитационной обработки растительных отходов с
последующим гранулированием в корма 72
2.2.3 Методические рекомендации для приготовления и использования
ЭМ-препарата 74
2.3 Вывод по главе 2 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 79
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 82
ПРИЛОЖЕНИЕ 92
Приложение А
Актуальность исследования заключается в том, что на современном этапе развития человеческого общества, в условиях химизации сельского хозяйстве, появления генномодифицированных и синтетических продуктов, использования специальных веществ для длительного хранения и придания товарного вида продукции, всё большую актуальность приобретает проблема качества пищи и экологической безопасности продуктов питания и кормов для животных [1].
Сегодня качество кормов зачастую не отвечает потребностям производства экологически чистой продукции. Гормональные препараты, антибиотики, транквилизаторы, используемые при откорме животных и стимулирующие их рост, также не безопасны для человека, использующего в рационе продукт, полученный от таких животных. Несомненно, некоторое количество таких препаратов не выводится из мяса животного, что способно вызвать у человека, при употреблении такого продукта, нарушение гормонального баланса. Так, например, некоторые гормоны способны выдерживать термическую обработку или долго храниться в замороженных продуктах. Свободно всасываясь в желудочно-кишечном тракте организма человека, они активно вмешиваются в межгормональные взаимоотношения, нарушая обмен веществ [2].
Важнейшим фактором, действующим на живой организм, является питание. Именно оно обеспечивает работоспособность, влияет на здоровье и продолжительность жизни. Такое влияние связано с тем, что поступающие питательные вещества превращаются в структурные элементы клеток в процессе метаболизма организма, что обеспечивает его жизнедеятельность. Следовательно, от полноценного, полного и здорового питания напрямую зависит состояние нашего организма.
По данным ООН к 2100 году население Земли достигнет 12,5 млрд. человек [3]. В таком случае необходимо, чтобы производств продуктов питания возросло в более, чем в 2 раза. Предполагается, что прирост продуктов питания на 80% будет осуществляться за счет увеличения продуктивности сельского хозяйства посредством применения химикатов, что несет опасность для здоровья человека [4]. Общеизвестно, что в агропромышленном комплексе уже широко используются химические вещества, повышающие урожайность и рост растений, увеличивающие прирост массы животных и их производительность [5]. Но для человека важнее, чтобы пищевая цепь: «корм — животные — продукты питания — человек» была экологичной, не приносящей вреда его здоровью.
Учеными отмечено, что для достижения высоких результатов и экологизации животноводства необходимо сбалансированное и правильное кормление [6].
В связи с этим, приказом министерства сельского хозяйства РФ утверждена отраслевая целевая программа «Развития производства комбикормов в Российской Федерации на 2010-2020 годы» [2]. Программа направлена на увеличение производства продукции животноводства. Одним из инструментов достижения поставленной цели является ускоренное развитие производства полноценных и сбалансированных комбикормов, обеспечение комбикормового производства белковым сырьем растительного и животного происхождения.
Из-за недостатка кормового белка, высокой себестоимости кормов значительно сдерживается рост производства животноводческой продукции. Например, мировой дефицита белка, при общей готовой потребности в районе 40 млн. т., составляет 7 млн. т [7]. Поэтому большое значение приобретает изыскание новых кормовых ресурсов, богатых белковой составляющей, удешевляющей комбикорм.
В качестве такого кормового ресурса весьма перспективно рассматривать сельскохозяйственные отходы, в том числе растительные отходы, которые без переработки просто пропадают, хотя могли бы стать ценным источником кормов для животных. Растительные отходы сельскохозяйственного назначения представляют собой легко возобновляемый дешевый и доступный источник сырья для новых высококачественных и питательных кормов и после соответствующей обработки могут приобретать кормовые свойства в 3 раза превосходящие фуражное зерно хорошего качества. Пищевые отходы обладают высокой энергетической и биологической ценностью, безвредны, гипоаллергенны, легко поддаются ферментативной и микробиологической биоконверсии, различным видам переработки [8].
В связи с вышесказанным для решения проблемы в рамках магистерской исследования объектом исследования является: способы обращения с растительными отходами сельскохозяйственного назначения и методы их переработки с получением кормов.
Предмет исследования: способы получения ценных кормов из растительных отходов сельскохозяйственного назначения и методы их экологизации и интенсификации на основе применения ЭМ-технологий.
Цель исследования: повышение эффективности использования растительных отходов сельскохозяйственного назначения за счет разработки комплекса для получения кормов на основе ЭМ - технологии.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Провести теоретический анализ проблемы образования и переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения.
2. Провести анализ методов и технологий переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения с получением кормов.
3. Разработать технологический комплекс переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения с применением эффективных микроорганизмов.
4. Разработать мобильную установку силосования с применением ЭМ-препарата для малых и средних фермерских хозяйств Самарской области.
Научная новизна: впервые разработан технологический комплекс переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения в Самарском регионе с использованием эффективных микроорганизмов для малых и средних фермерских хозяйств.
Теоретическая значимость исследования заключается в предложении новых ресурсосберегающих технологических решений по переработке растительных сельскохозяйственных отходов с применением эффективных микроорганизмов для получения кормов.
Практическая значимость работы заключается в том, что из растительных отходов сельскохозяйственного назначения путем переработки в разработанном технологическом комплексе реализуются экологически чистые технологии и получаются высококачественные корма для сельскохозяйственных животных.
Защищаемые положения: разработанный технологический комплекс, предназначенный для переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения с получением кормов, в который входит мобильная установка для силосования с применением ЭМ- препаратов и технологический модуль кавитационной обработки отходов с последующим гранулированием.
Апробация результатов исследования: основные результаты диссертационной работы были представлены на научных мероприятиях различного уровня (Всероссийского, регионального, городского): на Всероссийской научно-практической конференции «Профессионально-
личностное развитие студентов в образовательном пространстве физической культуры» (г. Тольятти, 2015 г.), Самарской областной студенческой научной конференции (г. Тольятти, 2016 г.), научно-практической конференции «Студенческие дни науки в ТГУ» (г. Тольятти, 2016 г.), конкурсе экологических инициатив «ЭКОТОЛЬЯТТИ 2015» (г. Тольятти, 2015 г.). Основное содержание диссертационного исследования опубликовано в пяти изданиях.
Сегодня качество кормов зачастую не отвечает потребностям производства экологически чистой продукции. Гормональные препараты, антибиотики, транквилизаторы, используемые при откорме животных и стимулирующие их рост, также не безопасны для человека, использующего в рационе продукт, полученный от таких животных. Несомненно, некоторое количество таких препаратов не выводится из мяса животного, что способно вызвать у человека, при употреблении такого продукта, нарушение гормонального баланса. Так, например, некоторые гормоны способны выдерживать термическую обработку или долго храниться в замороженных продуктах. Свободно всасываясь в желудочно-кишечном тракте организма человека, они активно вмешиваются в межгормональные взаимоотношения, нарушая обмен веществ [2].
Важнейшим фактором, действующим на живой организм, является питание. Именно оно обеспечивает работоспособность, влияет на здоровье и продолжительность жизни. Такое влияние связано с тем, что поступающие питательные вещества превращаются в структурные элементы клеток в процессе метаболизма организма, что обеспечивает его жизнедеятельность. Следовательно, от полноценного, полного и здорового питания напрямую зависит состояние нашего организма.
По данным ООН к 2100 году население Земли достигнет 12,5 млрд. человек [3]. В таком случае необходимо, чтобы производств продуктов питания возросло в более, чем в 2 раза. Предполагается, что прирост продуктов питания на 80% будет осуществляться за счет увеличения продуктивности сельского хозяйства посредством применения химикатов, что несет опасность для здоровья человека [4]. Общеизвестно, что в агропромышленном комплексе уже широко используются химические вещества, повышающие урожайность и рост растений, увеличивающие прирост массы животных и их производительность [5]. Но для человека важнее, чтобы пищевая цепь: «корм — животные — продукты питания — человек» была экологичной, не приносящей вреда его здоровью.
Учеными отмечено, что для достижения высоких результатов и экологизации животноводства необходимо сбалансированное и правильное кормление [6].
В связи с этим, приказом министерства сельского хозяйства РФ утверждена отраслевая целевая программа «Развития производства комбикормов в Российской Федерации на 2010-2020 годы» [2]. Программа направлена на увеличение производства продукции животноводства. Одним из инструментов достижения поставленной цели является ускоренное развитие производства полноценных и сбалансированных комбикормов, обеспечение комбикормового производства белковым сырьем растительного и животного происхождения.
Из-за недостатка кормового белка, высокой себестоимости кормов значительно сдерживается рост производства животноводческой продукции. Например, мировой дефицита белка, при общей готовой потребности в районе 40 млн. т., составляет 7 млн. т [7]. Поэтому большое значение приобретает изыскание новых кормовых ресурсов, богатых белковой составляющей, удешевляющей комбикорм.
В качестве такого кормового ресурса весьма перспективно рассматривать сельскохозяйственные отходы, в том числе растительные отходы, которые без переработки просто пропадают, хотя могли бы стать ценным источником кормов для животных. Растительные отходы сельскохозяйственного назначения представляют собой легко возобновляемый дешевый и доступный источник сырья для новых высококачественных и питательных кормов и после соответствующей обработки могут приобретать кормовые свойства в 3 раза превосходящие фуражное зерно хорошего качества. Пищевые отходы обладают высокой энергетической и биологической ценностью, безвредны, гипоаллергенны, легко поддаются ферментативной и микробиологической биоконверсии, различным видам переработки [8].
В связи с вышесказанным для решения проблемы в рамках магистерской исследования объектом исследования является: способы обращения с растительными отходами сельскохозяйственного назначения и методы их переработки с получением кормов.
Предмет исследования: способы получения ценных кормов из растительных отходов сельскохозяйственного назначения и методы их экологизации и интенсификации на основе применения ЭМ-технологий.
Цель исследования: повышение эффективности использования растительных отходов сельскохозяйственного назначения за счет разработки комплекса для получения кормов на основе ЭМ - технологии.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Провести теоретический анализ проблемы образования и переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения.
2. Провести анализ методов и технологий переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения с получением кормов.
3. Разработать технологический комплекс переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения с применением эффективных микроорганизмов.
4. Разработать мобильную установку силосования с применением ЭМ-препарата для малых и средних фермерских хозяйств Самарской области.
Научная новизна: впервые разработан технологический комплекс переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения в Самарском регионе с использованием эффективных микроорганизмов для малых и средних фермерских хозяйств.
Теоретическая значимость исследования заключается в предложении новых ресурсосберегающих технологических решений по переработке растительных сельскохозяйственных отходов с применением эффективных микроорганизмов для получения кормов.
Практическая значимость работы заключается в том, что из растительных отходов сельскохозяйственного назначения путем переработки в разработанном технологическом комплексе реализуются экологически чистые технологии и получаются высококачественные корма для сельскохозяйственных животных.
Защищаемые положения: разработанный технологический комплекс, предназначенный для переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения с получением кормов, в который входит мобильная установка для силосования с применением ЭМ- препаратов и технологический модуль кавитационной обработки отходов с последующим гранулированием.
Апробация результатов исследования: основные результаты диссертационной работы были представлены на научных мероприятиях различного уровня (Всероссийского, регионального, городского): на Всероссийской научно-практической конференции «Профессионально-
личностное развитие студентов в образовательном пространстве физической культуры» (г. Тольятти, 2015 г.), Самарской областной студенческой научной конференции (г. Тольятти, 2016 г.), научно-практической конференции «Студенческие дни науки в ТГУ» (г. Тольятти, 2016 г.), конкурсе экологических инициатив «ЭКОТОЛЬЯТТИ 2015» (г. Тольятти, 2015 г.). Основное содержание диссертационного исследования опубликовано в пяти изданиях.
Анализ проблемы обращения с сельскохозяйственными растительными отходами показал, что на территории России и в Самарской области образуются большие объёмы отходов растительного происхождения. По составу эти отходы могут быть ценным сырьём для получения экологически безопасных кормов. Однако без переработки они являются источником загрязнения окружающей среды. Необходимы новые технологические решения по переработки этих видов отходов с получением ценных кормов.
Сравнительный анализ существующих методов переработки растительных отходов в России и в мире показал, что существующие технологии их переработки недостаточно эффективны, требуют больших вложений и материальных затрат и не доступны для средних и малых фермерских хозяйств.
На основе анализа проблемы и патентного поиска возможных решений был разработан технологический комплекс по переработке растительных отходов, включающий три модуля: модуль силосования, модуль кавитационной обработки с последующим гранулированием, модуль ЭМ-технологий.
Разработанный технологический комплекс позволяет в качестве кормов для фермерский животных использовать переработанные растительные отходы сельскохозяйственного назначения, причем, для повышения их энергетической ценности, усвояемости и поедаемости, применяется обработка препаратами, содержащими эффективные микроорганизмы. При этом, происходит разрушение клетчатки и полисахаридов с наращиванием массы микробного белка. Перевариваемость такой массы намного выше растительного протеина. Аминокислоты микробного белка способствуют построению мышечной массы животного, обеспечивая набор массы, улучшается продуктивность производства молока.
Включение в технологический комплекс двух моделей переработки позволяет применять как сжиженные, так и твердые отходы. Так, для силосования в полимерные рукава можно применять отходы невысокой влажности (до 65 %), а более влажные отходы, или отходы с низким содержанием сахаров (плохо силосуемые) обрабатывают с помощью кавитационной обработки с получением гранулированного корма. Дополнительная обработка ЭМ-препаратом «Байкал ЭМ-1» способствует микробиологической ферментации, увеличивающей белковую составляющую корма, наряду с разрушением клетчатки до простых сахаров, за счет размножения целюлозолитической, пектолитической, амилолитической и другой полезной микрофлоры.
Таким образом, для подготовки корма для животных подойдут практически все растительные отходы сельскохозяйственного назначения. Разработанный технологически комплекс решает проблему кормопроизводства и его питательной ценности.
Результаты исследования:
1) Проведен теоретический анализ образования растительных отходов сельскохозяйственного назначения.
2) Проведен анализ методов и технологий переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения.
3) Разработан технологический комплекс по переработке растительных отходов методами силосования и кавитационной обработки с получением ценных кормов для животноводства.
4) Предложена новая технологическая схема рукавного силосования с применением ЭМ-препаратов, позволяющих повысить эффективность переработки отходов и получить сбалансированные корма высокого качества. Для переработки отходов с высокой влажностью и непригодных для силосования предложена схема их кавитационной обработки с последующим гранулированием. Такой комплекс особенно актуален для малых и средних фермерских хозяйств.
Сравнительный анализ существующих методов переработки растительных отходов в России и в мире показал, что существующие технологии их переработки недостаточно эффективны, требуют больших вложений и материальных затрат и не доступны для средних и малых фермерских хозяйств.
На основе анализа проблемы и патентного поиска возможных решений был разработан технологический комплекс по переработке растительных отходов, включающий три модуля: модуль силосования, модуль кавитационной обработки с последующим гранулированием, модуль ЭМ-технологий.
Разработанный технологический комплекс позволяет в качестве кормов для фермерский животных использовать переработанные растительные отходы сельскохозяйственного назначения, причем, для повышения их энергетической ценности, усвояемости и поедаемости, применяется обработка препаратами, содержащими эффективные микроорганизмы. При этом, происходит разрушение клетчатки и полисахаридов с наращиванием массы микробного белка. Перевариваемость такой массы намного выше растительного протеина. Аминокислоты микробного белка способствуют построению мышечной массы животного, обеспечивая набор массы, улучшается продуктивность производства молока.
Включение в технологический комплекс двух моделей переработки позволяет применять как сжиженные, так и твердые отходы. Так, для силосования в полимерные рукава можно применять отходы невысокой влажности (до 65 %), а более влажные отходы, или отходы с низким содержанием сахаров (плохо силосуемые) обрабатывают с помощью кавитационной обработки с получением гранулированного корма. Дополнительная обработка ЭМ-препаратом «Байкал ЭМ-1» способствует микробиологической ферментации, увеличивающей белковую составляющую корма, наряду с разрушением клетчатки до простых сахаров, за счет размножения целюлозолитической, пектолитической, амилолитической и другой полезной микрофлоры.
Таким образом, для подготовки корма для животных подойдут практически все растительные отходы сельскохозяйственного назначения. Разработанный технологически комплекс решает проблему кормопроизводства и его питательной ценности.
Результаты исследования:
1) Проведен теоретический анализ образования растительных отходов сельскохозяйственного назначения.
2) Проведен анализ методов и технологий переработки растительных отходов сельскохозяйственного назначения.
3) Разработан технологический комплекс по переработке растительных отходов методами силосования и кавитационной обработки с получением ценных кормов для животноводства.
4) Предложена новая технологическая схема рукавного силосования с применением ЭМ-препаратов, позволяющих повысить эффективность переработки отходов и получить сбалансированные корма высокого качества. Для переработки отходов с высокой влажностью и непригодных для силосования предложена схема их кавитационной обработки с последующим гранулированием. Такой комплекс особенно актуален для малых и средних фермерских хозяйств.