Технология обработки пищевых отходов, кормов животного происхождения и приготовления кормовых смесей

Приготовление сухих концентрированных кормов (плющенное и измельченное зерно злаковых и бобовых культур, сухой жом, жмых и шрот (подсолнечный, соевый, хлопковый), дрожжи, травяная и сенная мука бобовых, кормовая патока (меласса), мясная, мясокостная, рыбная мука и др.) предусматривает выполнение следующих механических, термохимических и биологических операций:

измельчение зерна для свиней, КРС и зверей при размере частиц дерти до 1 мм. На сите с отверстиями диаметром 3 мм (или 5 мм) допускаются остатки, %:

для взрослых животных КРС 30 (5), остальных 10 (0); для поросят в возрасте до 4 мес 5 (0), маток и хряков 12 (0), остальных 10 (0); цыплят, индюшат до 60 сут, утят до 30 сут 5 (0), молодняка 10 (0), остальных 35 (0); для ягнят в возрасте до 4 мес 5 (0), остальных 12 (2). Допускается содержание в измельченной массе пылевидных частиц не более 20%;

плющение зерна с предварительным пропариванием. Толщина хлопьев для свиней, КРС и овец должна составлять 0,8… 1 мм;

влаготермическая обработка только лишь зерна злаков, пораженного плесневыми грибами, а также зерна бобовых, ржи, тритикале (гибрид ржи и пшеницы) и зерна для зверей;

экструдирование зерна влажностью 12… 16% для поросят-сосунов и поросят-отъемышей;

тепловая обработка зерна инфракрасным излучением (микронизация). Для молодняка зерно дополнительно увлажняют паром (расход 50…80 кг/т) при избыточном давлении 70 кПа с последующим инфракрасным излучении (плотность теплового потока 45…46 кВт/кв.м.) в течение 16…22 с и последующим охлаждением до температуры окружающей среды (допустимое превышение этой температуры 10 °С);

измельчение отходов мукомольного производства (сечки и подсевы) для КРС на частицы размером 1,8…2,6 мм, а жмыха на частицы размером: для КРС 1… 1,8 мм, свиней 0,6…1, овец 1… 1,6 мм. Варка отходов в течение 2 ч при температуре 100 °C и выдержка 1,5…2,5ч;

дробление минеральных добавок на частицы размером 0,8… 1 мм. При производстве комбикормов минеральное сырье из­мельчают так, чтобы оно проходило сквозь сито с ячейками разме­ром 0,45×0,45 мм.

Для приготовления кормов применяют различные технологические схемы.
I. Подготовка комбикормов, травяной муки, сухого жома и т. п.: прием, накопление — дозирование; прием, накопление — дозирование комбикормов — разбавление водой.

П. Подготовка концентрированных кормов (зерна, жмыхов, шро­тов и т. п.):
прием, накопление — очистка от металлопримесей — измельчение — дозирование (зерна, жмыхов, шротов);
прием, накопление — влаготепловая обработка — плющение — дозирование зерна — охлаждение с частичной сушкой;
прием, накопление — измельчение — варка — дозирование жмыхов и шротов;
прием, накопление — шелушение пленчатого зерна — экструдирование зерна;
прием, измельчение — накопление — дрожжевание зерна

III. Подготовка сухих минеральных кормовых добавок: прием, на­копление — измельчение — дозирование.

IV. Подготовка питательных растворов: прием, накопление — дозирование компонентов — приготовление питательных растворов — дозирование.

Дерть из зерна наиболее часто получают дробильными машинами. В технологии приготовления концентрированных кормов основными машинами являются измельчители ударного действия — молотковые дробилки. В основу работы молотковых дробилок положен принцип разбивания продукта свободным ударом «влет» шарнирно закрепленными пластинами молотками при их окружной скорости от 40 до 100 м/с.

Простота устройства, высокая надежность в работе, компактность установки, динамичность рабочих режимов, высокие скоро­сти рабочих органов и непосредственное соединение вала машины с электродвигателем обусловили возможность широкого применения молотковых дробилок во всех отраслях народного хозяйства.

пзмельчение стебельных кормов. Наиболее распространено резание кормов лезвием. Различают рубку, наклонное и скользящее резание.

Рубка происходит, когда лезвие ножа расположено параллельно кромке противорежущей пластины и движется к ней, наклонное резание — когда кроме нормальной силы, направленной перпендикулярно к лезвию, действует боковая сила, которая не может вызвать дополнительного перемещения материала вдоль лезвия. При этом кромка лезвия не параллельна кромке противорежущей пластины. В данном случае используется косо поставленный клин, вызывающий уменьшение фактического угла заточки лезвия (вдоль направления скорости его движения) и снижение из-за этого нагрузки. Усилие резания понижается, время резания увеличивается по сравнению с рубкой, а нагрузка на нож становится стабильнее, и тем самым повышается сохранность привода. Условие наклонного резания — защемление материала, т. е. угол раствора (между лезвием и противорежущей пластиной) должен быть меньше удвоенного угла скользящего резания (суммы углов трения материала по лезвию и по противорежущей пластине, определяемых экспериментально и зависящих от материалов). Скользящее резание — когда при резании дополнительно происходит перемещение материала вбок из-за косо поставленного лезвия, т. е. происходит как бы его перепиливание. При этом возможна угроза рубки в конце лезвия вследствие зажима материала в боковой части зоны резания. В данном случае угол раствора больше суммы углов скользящего резания, а угол скольжения (между окружной скоростью и нормальной ее составляющей к лезвию) больше угла скользящего резания.

Приготовление кормов из корнеплодов. Для этого используют измельчители, корнерезки, терки, пастоизготовители и мялки. Корни преимущественно измельчают на машинах с ударными, ударно-режущими или режущими рабочими органами (ножами, фрезами, штифтами и т. п.). При резании лезвием меньше потери сока, но выше абразивный износ (от песка и камней).

Ножи изготавливают из инструментальной углеродистой стали с углом заточки 18…25°. Лезвие бывает сплошным, гребенчатым, совочкообразным. По форме ножи бывают прямоугольными, треугольными и криволинейными.

В процессе перемещения лезвия в толще корней вначале происходит срез массы с одновременным ее сжатием. Далее образуется трещина, обгоняющая клин лезвия. Трещина сначала идет в толщу материала, затем движется в сторону поверхности. Если она выходит на поверхность, то отваливается кусок корнеплода. Если трещина не доходит до поверхности, то по лезвию перемещается стружка. Пока лезвие перемещается на участке зуглубленного расположения трещины, нагрузка на клин стремится к нулю. В результате поверхность резания оказывается чаще всего волнообразной, как и нагрузка на лезвие.

Количество теплоты, необходимое для тепловой обработки корма, расходуется на нагрев продукта и стенок агрегата, потери теплоты в окружающую среду от запарника и при доставке носителя (пара) от котла до запарника. Количество теплоты на нагрев материалов пропорционально их массе, теплоемкости и разности температур. Потери теплоты пропорциональны площади нагретой поверхности и разности температур воздуха и поверхности с учетом коэффициента теплоотдачи.

Дозирование. Для приготовления кормосмесей используют дозаторы — устройства, которые способны автоматически отмерять и выдавать постоянные или переменные количества вещества (компонентов) с заданной точностью, обусловленной зоотехническими и технологическими требованиями.

В зависимости от требований к точности дозирования применяют массовые или объемные дозаторы.

Массовые дозаторы точнее (погрешность до 2%), однако у них значительно выше стоимость. Объемные дозаторы проще по конструкции (погрешность до 5%) и дешевле.

Как правило, массовые дозаторы применяют при раздаче веществ и материалов, избыток которых может привести либо к отравлению животных (или иному негативному влиянию), либо к перерасходу дорогих компонентов смеси. Поэтому эти устройства чаще всего используют при производстве комбикормов.
В зависимости от требуемого характера подачи компонента применяют дозаторы с непрерывной или порционной подачей компонента. Дозатор выбирают с учетом вида дозируемого компонента, его доли в рационе, требований к точности дозирования.

На процесс дозирования влияют физико-механические свойства кормов: насыпная плотность, размеры частиц, угол естественного откоса, влажность, слеживаемость, склонность к комкообразованию, конструктивные особенности дозирующего устройства и другие факторы.

Непрерывное дозирование состоит в обеспечении выдачи заданного количества материала в единицу времени. Однако реальный процесс сопряжен с отклонениями (погрешностями) от заданной величины, т. е. является случайным. Поскольку мгновенное значение подачи материала является случайной величиной, то определить ожидаемое среднее значение подачи можно только статистически.

При объемном дозировании для сыпучих кормов часто используют шнековые, ленточные, тарельчатые и барабанные дозаторы. Производительность их зависит от объема выдаваемой дозы за оборот рабочего органа, степени заполнения данного объема, объемной массы дозируемого корма и частоты вращения рабочего органа.

Абсолютную погрешность дозатора определяют как разность между действительной подачей материала и ее расчетным значением.

Относительную погрешность дозирующего устройства оценивают по коэффициенту вариации v (%), который характеризует изменчивость погрешности и равен отношению среднеквадратического отклонения к среднему значению подачи (или массы порции).

Под смешиванием понимают процесс равномерного распределения частиц конкретного компонента в общем объеме, в результате чего получают однородную кормовую смесь. Крайние состояния процесса смешивания: полное смешивание; полное разделение на компоненты.

В процесс перемешивания закон распределения доли компонента в смеси может быть биноминальным, пуассоновским и нормальным. При дозе контрольного компонента менее 10% наблюдается пуассоновское распределение. При достаточно большом количестве проб биноминальное распределение хорошо описывается нормальным законом.

В процессе смешивания с течением времени различают три фазы изменения равномерности (однородности) смеси 0, показывающей соответствие смеси рецепту. Вначале происходит конвективное смешивание (на уровне макрообъемов), когда группы частиц внедряются в другие слои, — участок I. На втором этапе происходит диффузное смешивание при постепенном перемещении частиц различных компонентов через свежеобразованную границу их раздела. Процесс протекает на уровне микрообъемов (участок II). пногда возможен обратный процесс — расслоение (сегрегация), когда происходит сосредоточение частиц одинаковой массы в соответствующих местах смесителя под действием гравитационных или инерционных сил (участок III).

Как правило, в конце второго участка процесс смешивания должен окончиться. Оптимальное время смешивания для смешивающих устройств конкретного типа находят экспериментально. У смесителей периодического принципа действия время смешивания не должно превышать 20 мин. Для большинства смесителей достаточно 7… 12 мин. Для шнековых смесителей непрерывного действия качественное смешивание комбикормов происходит при длине шнека 0,9… 1 м.

Корма подготавливают к скармливанию с целью повышения их питательности, поедаемости и усвояемости животными; улучшения общей организации работ по кормообеспечению на ферме, учета и контроля кормовых ресурсов, сокращения затрат труда на раздачу кормов и т. п. Применение полнорационных кормосмесей способствует лучшему использованию кормов и повышению продуктивности животных на 10… 13%. При большом поголовье скота в хозяйстве кормосмеси приготавливают в кормоцехах, при малом поголовье используют кормораздатчики-смесители.

Кормоцехи предназначены для приема, накопления, подготовки и обработки кормового сырья (в основном местного производства — соломы, сена, корнеклубнеплодов и др.), приема и накопления отдельных компонентов в готовом виде (комбикорм, меласса и т. п.), приготовления влажных (преимущественно полнорационных) смесей и выдачи их в мобильные или стационарные кормораздатчики. Количество и продолжительность смен работы кормоцеха определяются режимом кормления животных на обслуживаемой ферме. Продолжительность работы кормоцеха за период кормления равна 2…4 ч.

Кормоцех размещают в кормовой (хозяйственной) зоне на границе с производственной зоной фермы или на кормовом дворе в соответствии с общей организацией производственных процессов предприятия, расположением его зданий и сооружений, а также с учетом обеспечения оптимальных условий доставки сырья к кормоцеху и транспортировки готовых кормосмесей к местам скармливания. Кормоцех использует коммуникации фермы для своей работы.

Состав и производительность технологических линий кормоцеха определяются: рецептами кормосмесей и зоотребованиями к их качеству; способами подготовки отдельных компонентов; номенклатурой выпускаемого оборудования. Чаще всего используют комплекты оборудования. При их отсутствии допускается формировать технологические линии из отдельных машин и оборудования.

При поточно-непрерывных схемах технологических линий кормоцехов используются объемные дозаторы, на периодических схемах — массовое или объемное дозирование. Линии кормоцеха должны быть по возможности унифицированы, например: для сена, соломы, силоса; комбикормов, рыбной и травяной муки и т. п.

Доставка комбикормов производится загрузчиком сухих кормов, обеспечивающим отсутствие пыления корма, а внутри кормоцеха — конвейерами закрытого типа.

В одном помещении размещают отделения по переработке кормов, связанные единым технологическим процессом и требующие сходных условий микроклимата. В наружных входах в отапливаемые помещения предусматривают тамбуры.

Кормоцехи оборудуют системами аспирации, водо-, тепло-, паро- и электроснабжения, а также объединенным хозяйственно-питьевым и противопожарным водопроводом.

Для приготовления рассыпных кормосмесей для жвачных животных при поголовье более 400 голов используют такие кормоцехи, как КОРК-15 (А, Б, В), предназначенный для приготовления в потоке полнорационных влажных кормосмесей из силоса, сенажа, грубых кормов, корнеклубнеплодов, жома, концкормов, питательных растворов, а также смешивания, доизмельчения и выдачи готового продукта. В состав КОРК-15 входят линии: грубых кормов, силоса, корнеклубнеплодов, концентрированных кормов, подачи свекловичного жома, приготовления и дозированной подачи обогатительных растворов, смешивания, измельчения и выдачи готовой кормосмеси. В модификациях могут отсутствовать отдельные линии. Технологическое оборудование размещают в одноэтажном помещении, с которым иногда блокируют хранилище фуража.

Производительность кормоцеха за 1 ч чистого времени составляет по линиям: грубых кормов влажностью 20% — до 3 т/ч, влажностью 40% — до 5; силоса (сенажа) — 4,5…10,5; свекловичного жома — 3…14; концентрированных кормов — 0,2…6; корнеклубнеплодов — до 5; смешивания — 15 т/ч.

Раздача кормов представляет собой трудоемкий и часто маломеханизированный процесс в животноводстве. Трудоемкость раздачи корма составляет 30…40% общих затрат времени обслуживания животных и птицы.

Животных кормят 2…3 раза в сутки в зависимости от их возраста и типа кормления. Молодняк кормят 3 раза. Раздача корма в помещении производится не более 30 мин мобильными средствами и 20 мин стационарными раздатчиками. Температура выдаваемых кормов не выше 40 °C.

Кормораздатчики должны быть универсальны (для различных кормов), просты по устройству, надежны и удобны в эксплуатации. При этом они должны обеспечивать:
нормированную раздачу корма в необходимых пределах с допустимыми отклонениями от нормы;
равномерность раздачи корма мобильными средствами для КРС не менее 85%, для свиней 90%; стационарными раздатчиками для свиней при индивидуальном дозировании 95%, при групповом 90%, при весовом дозировании 98%;
невозвратимые потери в процессе раздачи до 0,15%, а потери, которые могут быть собраны после раздачи кормов, не выше 1…2% общего их количества;
механизированную очистку кормушек от остатков корма у стационарных раздатчиков;
раздачу кормов другими средствами на случай длительной остановки раздатчика.

Кормораздатчики различают по виду и консистенции выдаваемых кормов, типу кормонесущего органа, роду использования и приводу.

Применяют раздатчики, осуществляющие выдачу как разнообразных по виду и консистенции (сухих, влажных и жидких) кормов (универсальные), так и кормов только конкретного вида (специализированные). По роду использования кормораздатчики бывают мобильные, ограниченной мобильности и стационарные. Мобильными раздатчиками являются бункерные устройства, перемещающиеся по территории фермы. Раздатчики ограниченной мобильности — бункерные устройства, перемещающиеся по рельсовому (наземному или подвесному) или иному пути для выдачи корма в одном или нескольких сблокированных помещениях. Стационарные раздатчики — установки, смонтированные в одном или нескольких сблокированных помещениях и осуществляющие раздачу корма животным. В конструкции стационарных раздатчиков иногда могут быть предусмотрены подвижные элементы (платформы, транспортеры и др.). Привод рабочих органов может осуществляться от двигателя внутреннего сгорания, электродвигателей переменного (от сети) или постоянного (в том числе от аккумуляторных батарей) тока. Возможен также ручной привод.

Для раздачи жвачным животным стебельных и сочных кормов и приготовленных на их основе смесей в основном используют бункерные мобильные раздатчики. Концентрированные корма раздают при доении коров, применяя раздатчик, а иногда вручную, используя тележки.

Возможны четыре основных варианта выдачи кормов крупному рогатому скоту мобильными раздатчиками:

доставка готовых смесей от кормоцеха в животноводческое помещение и выдача корма животным;

погрузка отдельных кормов с измельчением из хранилищ в кормораздатчики, осуществляющие их поочередную выдачу животным;

погрузка отдельных кормов с измельчением из хранилищ в кормораздатчики, осуществляющие их смешивание в процессе доставки и выдачу смеси животным. пногда одновременно происходит доизмельчение корма режущими элементами раздатчика;

погрузка предварительно измельченных кормовых компонентов в отдельные бункера (емкости) раздатчика, смешивание их в процессе доставки и выдача готовой смеси животным.

При кормлении свиней наиболее часто используют концентратный, концентратно-картофельный и концентратно-корнеплодный типы кормления. Летом животных иногда кормят смесью из зеленой массы с концентратами. Применяемая консистенция кормов: сухие смеси (влажностью до 14%), влажные мешанки (60…75%) и жидкие болтушки (75…80%).

Сухие корма применяют при кормлении вволю поросят-отъемышей, используя самокормушки, которые заполняют кормами раз в два-три дня. При приготовлении влажных мешанок в кормоцехе применение мобильных раздатчиков позволяет обслуживать поголовье животных незначительным количеством раздающих агрегатов. Недостатком таких агрегатов являются необходимость широких кормовых проходов и затрудненный въезд в помещение.
Применение координатной системы раздачи корма дает возможность повысить коэффициент использования раздатчиков ограниченной мобильности и применять рельсовый раздатчик не в одном, а в нескольких кормовых проходах за счет использования оборудования (поворотные круги, траверсные тележки, криволинейный рельсовый путь и т. п.), перемещающего кормораздающий агрегат в указанном направлении.

пспользование комбикормов упрощает технологическую схему раздачи кормов на свиноводческих объектах. Основное преимущество выдачи сухих комбикормов — снижение затрат на очистку применяемого оборудования. Однако продуктивность животных при этом способе обычно ниже на 10…15%, чем при влажном кормлении. Данный недостаток можно устранить увлажнением комбикормов в бункере раздатчика-смесителя. Однако это вызывает коррозию бункера, а кормосмесь быстрее закисает. Чтобы предотвратить данный недостаток, корм увлажняют в момент его выдачи животным. Лучшая сохранность исходных компонентов по сравнению с приготавливаемой смесью позволяет использовать невыданный корм при последующем кормлении.

пногда комбикорм увлажняют при погрузке в кормораздатчик. Возможно применение кормораздатчика-запарника. При использовании местных кормов смесь приготовляют в кормоцехе.

Навоз представляет собой многофазную среду, включающую в себя «твердые», жидкие и газообразные вещества. «Твердые» включения: непереваренные желудочно-кишечной системой животного компоненты корма, подстилка, остатки не съеденного животными корма. Основную часть навоза составляет влага — моча, вода, вытекающая из поилок и попадающая в навоз после обмыва вымени коров.

Твердый навоз имеет влажность до 81%, полужидкий — 82…88%, жидкий (бесподстилочный) — 88…93% на фермах КРС и до 97% на свиноводческих фермах.

Газообразные вещества образуются во время хранения как твердого, так и жидкого навоза. Образование газов усиливается при повышении температуры, увеличении сроков хранения, количества подстилки и остатков кормов в навозе. Выделяющийся при анаэробном брожении навоза газ содержит 55…65% метана, 35…45% углекислоты, 3% азота, 1% водорода, до 1% кислорода, до 1% сероводорода и некоторое количество аммиака. Этот газ опасен для людей и животных.

При производстве 1 кг молока количество навоза составляет до 5 кг, 1 кг свинины — 20 кг, 1 кг говядины — 25 кг. На свиноводческом комплексе по выращиванию и откорму 108 тыс. голов в год при гидросмывном способе удаления навоза из помещений ежегодно накапливается до 1 млн куб.м. навозных стоков, что по степени загрязненности соответствует количеству фекально-бытовых стоков от города с населением около 200 тыс. человек.

Однако в этом объеме навозных стоков содержится до 1,5 тыс. т азота, до 800 т фосфора и до 1,3 т калия, которыми можно удобрить около 5 тыс. га сельскохозяйственных угодий.

Фракционный состав навоза в основном влияет на вязкопластичные свойства и характер движения навозной массы по трубам, каналам и лоткам.

Бесподстилочный навоз почти однороден по фракционному составу. Средневзвешенная длина частиц в экскрементах КРС равна 2,6 мм, а частиц длиной свыше 10 мм содержится не более 1%. Средний размер частиц свиного навоза составляет 0,63…1,24 мм.

В подстилочном навозе средний размер частиц зависит от вида подстилки: при применении опилок = 8 мм; при использовании измельченной соломы =100 мм. Максимальная длина достигает 370 мм из остатков кормов.

Плотность навоза зависит от величины и соотношения различных фракций, влажности, вида, количества и качества подстилки, степени разложения навоза и других факторов. Плотность навоза колеблется от 600 до 1250 кг/куб.м.

Коэффициент трения навоза по поверхности зависит от многих факторов: степени разложения и влажности навоза, вида подстилки, вида и качества поверхности трения, продолжительности контакта, температуры и др. Коэффициент трения скольжения находится в пределах 0,56…1,23.

Для работы механизмов большое значение имеет липкость навоза. Липкость характеризуется усилием, необходимым для отрыва пластины от налипшей на нее массы навоза при определенном начальном давлении на пластину и времени контакта. Липкость меняется от 4,3 до 13 г/куб.см.

При эксплуатации навозоуборочного оборудования важно знать температуру замерзания навоза. Так, моча коров замерзает при температуре -2,85 °С; смесь навоза с мочой — при -2,08 °С; твердые выделения — при —1,1 °С. Плотный соломистый навоз примерзает к металлическим поверхностям рабочих органов машин при —2…—2,2 °С. Навоз влажностью 92% и выше замерзает при -0,41 °С.

Проблему удаления, переработки, хранения и использования навоза следует рассматривать с точек зрения охраны окружающей среды, вероятности заболевания людей и животных, а также значения навоза как органического удобрения.

Процессы механизации уборки, удаления, переработки, хранения и использования навоза взаимосвязаны, поэтому, решая один из них, необходимо в такой же степени решать и другие.