Innowacyjne rozwiązania technologiczno budowlane w produkcji zwierzęcej na przykładzie chowu bydła

Transkrypt

1 Innowacyjne rozwiązania technologiczno budowlane w produkcji zwierzęcej na przykładzie chowu bydła Zakład Eksploatacji i Budownictwa Wiejskiego - ITP Oddział Warszawa Skład Osobowy Zakładu: prof. dr hab. inż. Wacław Romaniuk dr hab. inż.. Jan Barwicki dr inż. Kamila Mazur dr inż.. Witold Jan Wardal mgr inż.. Kinga Borek mgr inż.. Tadeusz Domasiewicz mgr inż.. Marcin Majchrzak mgr inż.. Bogdan Łochowski mgr inż.. Konrad Rudnik tech. Janusz Młynik Zakład Inżynierii Produkcji Zwierzęcej i Dobrostanu Zwierząt - ITP Oddział Poznań prof. dr hab. inż. Joanna Sobczak Warszawa Centralna Biblioteka Rolnicza, r. 1

2 PLAN PREZENTACJI 1. Wprowadzenie 2. Cel 3. Zakres badań 4. Nowoczesne rozwiązania obiektów 5. Wyniki badań 6. Wnioski 2

3 WPROWADZENIE Nowoczesne systemy chowu wymagają zastosowania rozwiązań technologiczno-funkcjonalnych zapewniających: spełnienie standardów technologicznych, w tym zapewnienie zrównoważonego rozwoju; zgodność z wymogami prawnymi polskimi i europejskimi; wysoką jakość surowca; minimalizację nakładów energetycznych oraz wykorzystanie Odnawialnych Źródeł Energii; możliwość zastosowania automatyzacji i robotyzacji czynności w zabiegach przy pozyskaniu mleka, żywieniu i usuwaniu nawozów naturalnych. 3

4 Zrównoważony rozwój budownictwa inwentarskiego, w tym techniki i technologii produkcji Ekonomia Środowisko Dobrostan zwierząt Społeczeństwo projektowanie budynków oraz ich realizacja w oparciu o najnowszą wiedzę w zakresie dostępnych informacji i obowiązującego prawa. zastosowanie niekonwencjonalnych źródeł energii kompatybilnych z elementami zasilania energią konwencjonalną. minimalizacja kosztów eksploatacyjnych. zastosowanie zgodnie z wymaganiami ochrony środowiska i standardami UE, w tym BAT, techniki i technologii do magazynowania, zagospodarowania nawozu naturalnego (obornika, gnojowicy, gnojówki i pomiotu) poprzez kompostowanie i fermentację metanową. zastosowanie ekologicznych systemów do przygotowania, magazynowania i dystrybucji pasz objętościowych i treściwych. funkcjonalne i innowacyjne technologie utrzymania zwierząt, łącznie z elementami budowlanymi. zastosowanie systemów utrzymania zwierząt zapewniających wysoki komfort dla zwierząt (zaspokojenie podstawowych potrzeb) i obsługi, łącznie z urządzeniami do kształtowania mikroklimatu i warunków środowiskowych. mechanizacja zabiegów produkcyjnych niezawodnymi maszynami i urządzeniami o wysokim poziomie automatyzacji oraz instalacja do kształtowania mikroklimatu. Elementy kształtujące rozwój nowoczesnego systemu produkcji 4

5 STANDARDY TECHNOLOGICZNE dobrostan zwierząt, mikroklimat, miejsce, bezpiecznego: wypoczynku, żywienia, pojenia, doju OCHRONA ŚRODOWISKA Przepisy budowlane MECHANIZACJA AUTOMATYZACJA ROBOTYZACJA NOWOCZESNE SYSTEMY CHOWU WYSOKA JAKOŚĆ SUROWCA MINIMALIZACJA NAKŁADÓW energii pracy ludzkiej WYKORZYSTANIE odnawialnych źródeł energii Opracowanie własne 5

6 WPROWADZENIE c.d. Badania dotychczasowe w ZEBW ITP O/Warszawa: systemy utrzymania, wymagania dobrostanu zwierząt z uwzględnieniem ograniczeń środowiskowych i warunków mikroklimatycznych, rozwiązania budowlane kształtujące mikroklimat, mechanizacja i automatyzacja zabiegów technologicznych w produkcji mleka, nakłady energetyczne oraz koszty eksploatacji, elementy infrastruktury technicznej w produkcji zwierzęcej. 6

7 CELEM GŁÓWNYM PREZENTACJI JEST: Przedstawienie innowacyjnych rozwiązań technologicznobudowalnych w produkcji zwierzęcej, zwłaszcza w chowie bydła oraz najbliższych kierunków działań. 7

8 BADANE OBORY Obora nr 1 Obora nr 2 Obora nr 3 8 Źródło: materiały własne

9 Proponowane nowoczesne rozwiązania obór Źródło: Wolf System. Obora wolnostanowiskowa- boksowa z podłogą szczelinową i kanałami na nawóz naturalny, wentylacja boczna i kalenicowa z doświetleniem. 9

10 Proponowane nowoczesne rozwiązania obór Źródło: Wolf System. Widok boczny obory z kurtynami wentylacyjnymi sterowanymi mechanicznie 10

11 Proponowane nowoczesne rozwiązania obór Źródło: Wolf System Widok obory boksowej ze świetlikami z poliwęglanu, ze zgarniaczami do obornika, wentylacją kalenicową; ściany boczne wykonane w formie kurtyn z siatki i z pełną przesłoną z PVC 11

12 Proponowane nowoczesne rozwiązania obór Widok obory wolnostanowiskowej boksowej bezściółkowej Źródło: Wolf System 12

13 Zalecane wartości parametrów mikroklimatu Temperatura powietrza T <25 o C Wilgotność względna powietrza 60%<W<80 % Prędkość ruchu powietrza Ochładzanie katatermometryczne Stężenie szkodliwych gazów w powietrzu V 0,3 m s -1 zimą V 0,5 m s -1 latem 2,9-4,0 [W dm -2 ] CO 2 <3000 ppm] NH 3 <20 ppm] H 2 S<0,5 ppm MIKROKLIMAT W POMIESZCZENIACH INWENTARSKICH Wymiana powietrza Zima 90 m 3 h -1 Lato m 3 h -1 Oświetlenie pomieszczeń inwentarskich 1:15 -pow. okien: pow. podł. 13

14 Emisja NH 3, CO 2, H 2 O (para wodna), ciepło, pyły, drobnoustroje Wentylacja naturalna Wywiew Nawiew Temperatura, Wilgotność względna Stężenie NH 3, CO 2, zapylenie Oświetlenie Prędkość ruchu powietrza Wymiana powietrza 14

15 Źródło: Proponowany moduł cielętnika 15

16 Źródło: Proponowane rozwiązania kojców dla cieląt 16

17 Koncepcja nowoczesnej obory zrobotyzowanej Źródło: DeLaval 17

18 Technologia linie do przygotowania i zadawania pasz objętościowych Źródło: Jeantil 1 - robot z zasilaniem akumulatorowym do zadawania pasz, 2 urządzenie załadowcze, 3 zasobnik paszy objętościowej, 4 silosy z dodatkami mineralno-witaminowymi w postaci sypkiej lub granulowanej, 5 główny przenośnik paszy objętościowej, 6 mieszalnik stacjonarny z dozownikiem, 7 przenośnik załadowczy

19 Technologia linie do przygotowania i zadawania pasz objętościowych Źródło: Lely 1 silos przejazdowy, 2 magazyn pasz objętościowych, 3 silosy na pasze treściwe i minerały, 4 obora krów mlecznych, 5 obora dla młodzieży i krów zasuszonych, 6 samojezdny robot mieszająco-dozujący z systemem podgarniania pasz. 19

20 Widok gnojowni Schemat gnojowni przystosowanej do mechanicznego załadunku i rozładunku obornika (3 ściany). Poj. gnojowni: a) 225 m 3 o wym cm, b) 540 m 3 o wym cm, c) 540 m 3 o wym cm. 20

21 Propozycje innowacyjnych rozwiązań stanowiących przedmiot wdrożeń i działań komercyjnych Instalacja biogazowa do substratów powyżej 20% suchej masy (urządzenie do wytwarzania biogazu z nawozów naturalnych) Zgłoszenie patentowe nr P z dnia r. 21

22 Propozycje innowacyjnych rozwiązań stanowiących przedmiot wdrożeń i działań komercyjnych Schemat rozwiązania komory hermetycznej instalacji biogazowej do stałych substratów Patent nr P , 2014 r. 22

23 Sposoby magazynowania masy pofermentacyjnej w otwartych lagunach, w lagunach przykrytych gazoszczelną membraną, w zbiornikach żelbetowych lub stalowych. W przypadku zastosowania separacji pofermentu frakcja stała wymaga przechowywania przed przetworzeniem lub aplikacją na pola. Stałą część pofermentu zajmuje mniej miejsca i jest mniej problematyczna w magazynowaniu i transporcie niż nieseparowany poferment. Masa pofermentacyjna może być też składowana na płycie lub silosie o szczelnym podłożu, zabezpieczającym przed odciekami. 23

24 Wykorzystanie separatora gnojowicy Separacja gnojowicy i odzysk z niej suchej masy jest znanym i powszechnie stosowanym zjawiskiem od kilku lat w technologii chowu zwierząt na zachodzie, a ostatnio także w Polsce. Zawartość suchej masy w ściółce minimum 34%. 24

25 Propozycje innowacyjnych rozwiązań stanowiących przedmiot wdrożeń i działań komercyjnych Urządzenie do odseparowywania i magazynowania stałej masy z gnojowicy lub masy pofermentacyjnej Zgłoszenie patentowe nr P z dnia

26 Propozycje innowacyjnych rozwiązań stanowiących przedmiot wdrożeń i działań komercyjnych Urządzenie do odseparowywania i magazynowania stałej masy z gnojowicy lub masy pofermentacyjnej widok z góry Zgłoszenie patentowe nr P z dnia

27 Schemat technologiczny wykorzystania nawozu naturalnego lub masy pofermentacyjnej na potrzeby produkcji w formie płynnej i stałej 1 obora bezściółkowa boksowa; 2 korytarz gnojowicowy; 3 kanał poprzeczny; 4 zbiornik na gnojowicę, 5 kanał doprowadzający masę pofermentacyjną z biogazowni; 6 mieszadło elektryczne; 7 odseparowana masa z gnojowicy surowej lub przefermentowanej (z biogazowni); 8 separator do gnojowicy; 9 deszczownia (aplikator); 10 zbiornik laguna na odciek; 11- zbiornik magazynujący odciek Źródło: opracowanie własne na podstawie

28 Komora gnojowa (patent nr ) z kontrolą szczelności: 1 płyta podłogowa, 2-część środkowa komory gnojowej, 3 ścianki boczne, 4 ścianka tylna, 5 słupki, 6 kanalik do zbierania gnojówki, 7 perforowane przykrycie kanalika, 8 zbiornik na gnojówkę, 9 dreny, 10 studzienka na zbieranie ewentualnych przecieków spod płyty, 11 studzienka na zbieranie ewentualnych przecieków spod zbiornika 8, 12 podest wjazdowy 28

29 WYNIKI BADAŃ System utrzymania boksowa ściółkowa Temperatura zewnętrzna [ o C] średnia min.-maks. 5,1 1,7-10,8 Temperatura wewnętrzna [ o C] średnia min.-maks. 11,5 7,6-15,8 Wilgotność względna zewnętrzna [%] średnia min.-maks ,3 Wilgotność względna wewnętrzn a [%] średnia min.-maks. 60, ,5 CO 2 [ppm] średnia min.- maks. 932, NH 3 [ppm] średnia min.- maks. 4,5 1-9 boksowa bezściółkowa 18, , ,03 59,25 38, ,47 46,97-80,0 665, ,1 2,3-13,6 ściółkowa z podłożem samospławialnym 23,1 15,3-30,5 24,5 17,7-29,0 60,5 30,5 90,7 65,96 41,1-79, ,

30 PRZYKŁADOWE WYNIKI BADAŃ DJP System utrzymania krów JJedn. nnakłady inwest.* Jedn. dzienne nakłady robocizny Charakterystyka obór PPoziom SStężenie Mmechani NNH 3 - S zzacji SStężenie SCO 2 JJedn. dzienne nnakłady eenergii elektrycznej JJedn. ddzienne nakłady eenergii mechanicznej JJedn. koszty eksploatacji zzł DJP -1 rrbmin ddoba -1 DJP - 1 pppm kkwh doba -1 DJP -1 KKMh doba -1 zzł rok -1 DJP -1 DJP -1 zzł dm boksowa płytka ściółka 83 boksowa bezściółkowa ,52 V 4, ,93 V 6, ,40 1, ,9 0,31 0,816 1, ,1 0,34 * Jednostkowe nakłady inwestycyjne obejmują: koszt budynku (wartość kosztorysowa) koszt wyposażenia stałego budynku koszt silosów na pasze treściwe wraz z przenośnikami koszt zakupu maszyn i urządzeń stosowanych do zabiegów doju i wstępnej obróbki mleka, przygotowania i zadawania pasz, usuwania nawozów naturalnych, urządzeń do wentylacji oraz zabiegów pielęgnacyjno-weterynaryjnych 30

31 PODSUMOWANIE I WNIOSKI 1. Proponowane rozwiązania spełniają wymagania stawiane nowoczesnym budynkom inwentarskim dla bydła, tj. zapewnienie: wystarczającej przestrzeni dla zwierząt oraz wyposażenia do mechanizacji i automatyzacji zabiegów produkcyjnych, funkcjonalności, tj. właściwe wzajemne umiejscowienie elementów technologicznych, sprawnej wentylacji obór wraz z doświetleniem w kalenicy. 2. Takie rozwiązania zapewniają następujące warunki mikroklimatyczne: średnie stężenie dwutlenku węgla nie przekraczające 1000 ppm, wobec granicznej, zalecanej wartości 3000 ppm, średnie stężenie amoniaku nie przekraczające 10 ppm, średnią temperaturę powietrza w okresie letnich upałów nie większą niż 25 o C przy średniej wilgotności względnej powietrza nie wyższej niż 80 %, maksymalne stężenie siarkowodoru 0,5 ppm. 31

32 Monografie wykonane w ostatnich latach przez ZEBW - główne produkty 32

33 Standardy dla gospodarstw rolnych wykonane w ostatnich lata przez Zakład 33

34 Katalog wykonany w ostatnich latach przez ZEBW 34

35 Monografie wykonane w 2014 r. przez ZEBW w ramach Jubileuszowej XX Międzynarodowej Konferencji Naukowej 35

36 Monografia pt. Analiza potrzeb techniczno-technologicznych oraz propozycje rozwiązań w produkcji biogazu w gospodarstwach rodzinnych i farmerskich wydana w 2015 r. 36

37 PLAN W latach prace Zakładu będą skoncentrowane na: doskonaleniu automatyzacji i robotyzacji w obiektach inwentarskich; oborach w zakresie poprawy warunków środowiskowych w tym zmniejszeniu energochłonności produkcji; zagospodarowaniu nawozu naturalnego poprzez między innymi fermentację beztlenową i tlenową oraz produkcję bionawozu; opracowaniu innowacyjnych rozwiązań we współpracy międzynarodowej. 37

38 XXI Międzynarodowa Konferencja Naukowa Problemy intensyfikacji produkcji zwierzęcej z uwzględnieniem ochrony środowiska, standardów UE i produkcji energii alternatywnej, w tym biogazu Warszawa, września 2015 r. Główne problemy naukowe konferencji: Procesy technologiczne w produkcji zwierzęcej z zachowaniem dobrostanu zwierząt, Określenie przyszłościowych prac w zakresie dostosowania standardów technologicznych chowu zwierząt i elementów infrastruktury do wymagań Unii Europejskiej i ochrony środowiska, Rozwój technologii zapewniających właściwe warunki dla zwierząt, jak również bezpieczeństwo pracy, Rozwój budownictwa inwentarskiego stanowiący element infrastruktury w nowoczesnej zabudowie wsi, Pozyskanie biogazu z nawozu naturalnego i produkcji roślinnej oraz metody zagospodarowania pozostałości pofermentacyjnej. 38

39 Dziękuję za uwagę prof. dr hab. inż.. W. Romaniuk, ITP Oddział Warszawa Zakład Eksploatacji i Budownictwa Wiejskiego w.romaniuk@itp.edu.pl tel