Главная Коллекция "Revolution" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Біогазова установка для утилізації гною на свинокомплексі

Біогазова установка для утилізації гною на свинокомплексі

Розробка комплексу технологічного обладнання для очищення рідкого гною на свинокомплексі з одночасним отриманням високоякісного органічного добрива та дешевого біогазу. Експлуатаційні показники розробленої біогазової установки для утилізації гною.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид статья
Язык украинский
Дата добавления 03.07.2023
Размер файла 696,5 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут свинарства і агропромислового виробництва НААН

Біогазова установка для утилізації гною на свинокомплексі

Іванов Володимир Олександрович доктор сільськогосподарських наук, професор, провідний науковий співробітник лабораторії інноваційних технологій та експериментальних тваринницьких об'єктів

Онищенко Андрій Олексійович кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник, завідувач лабораторії екологічної

безпеки в тваринництві

Засуха Людмила Василівна кандидат сільськогосподарських наук, докторант

Конкс Тетяна Миколаївна науковий співробітник лабораторії наукових досліджень з питань інтелектуальної власності та маркетингу інновацій

Кучер Сергій Дмитрович аспірант

Анотація

Останнім часом наукова спільнота та фахівці з технології охорони навколишнього середовища різних країн світу ведуть інтенсивні пошуки методів і способів видалення, переробки та використання гною з великих свинокомплексів, що передбачають його повну утилізацію. Вирішення даної проблеми заключається насамперед у тому, щоб тваринницькі комплекси стали джерелом сировини для отримання додаткової сільськогосподарської продукції.

Метою роботи було розробити комплекс технологічного обладнання для очищення рідкого гною і одночасним отриманням високоякісного органічного добрива та дешевого біогазу.

Розроблена біогазова установка призначена для підготування вихідної біомаси (здрібнювання, гомогенізація, нагрівання) до бродіння, аеробного (кислотного) бродіння і на заключному етапі безпосередньо до анаеробного (метанового) бродіння.

Експлуатаційні показники розробленої біогазової установки наступні: продуктивність - 5 т/год.; вихід біогазу - 300 м2/год.; електрична потужність, що споживається - 1,5 кВт; теплова потужність, що споживається - 12,5кВт; вихід біодобрива (вологість 70 %) - 1,4 т/добу.

Розроблений комплекс споруд і технологічного обладнання, є ефективним способом газового очищення рідкого гною, дегельмінтизації і одночасним отриманням високоякісного екологічно чистого органічного добрива та дешевого біогазу. Подальші дослідження будуть направлені на розширення функціональних можливостей розробленого обладнання.

Ключові слова: технологічне обладнання для очищення рідкого гною, біогазова установка, охорона навколишнього середовища.

Ivanov Volodymyr Oleksandrovych Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Leading Researcher of the Laboratory of Innovative Technologies and Experimental Livestock Facilities, Institute of Pig Breeding and Agro-Industrial Production of the National Academy of Sciences, Poltava

Onishchenko Andriy Oleksiyovych Candidate of agricultural sciences, senior researcher, head of the laboratory of environmental safety in animal husbandry, Institute of Pig Breeding and Agro-Industrial Production of the National Academy of Sciences, Poltava

Zukha Ludmila Vasylivna Candidate of agricultural sciences, doctoral student, Institute of Pig Breeding and Agro-Industrial Production of the National Academy of Sciences, Poltava

Tetyana Mykolaivna Konks Researcher at the Laboratory of Scientific Research on Intellectual Property and Innovation Marketing, Institute of Pig Breeding and Agro-Industrial Production of the National Academy of Sciences, Poltava

Serhii Dmytrovych Kucher PhD student, Institute of Pig Breeding and Agro-Industrial Production of the National Academy of Sciences, Poltava

BIOGAS INSTALLATION FOR DISPOSAL OF MANURE AT THE PIG COMPLEX

Abstract

Recently, the scientific community and specialists in environmental protection technology from various countries of the world have been intensively searching for methods and methods of removing, processing and using manure from large pig farms, which involve its complete disposal. The solution to this problem consists, first of all, in the fact that livestock complexes become a source of raw materials for obtaining additional agricultural products.

The goal of the work was to develop a complex of technological equipment for cleaning liquid manure and simultaneously obtaining high-quality organic fertilizer and cheap biogas.

The developed biogas plant is designed to prepare the original biomass (grinding, homogenization, heating) for fermentation, aerobic (acidic) fermentation and, at the final stage, directly for anaerobic (methane) fermentation.

The operating parameters of the developed biogas plant are as follows: productivity - 5 t/h; biogas output - 300 m2/hour; electric power consumed - 1.5 kW; thermal power consumed - 12.5 kW; yield of biofertilizer (humidity 70%) - 1.4 t/day.

The developed complex of buildings and technological equipment is an effective method of gas purification of liquid manure, deworming and simultaneous production of high-quality ecologically clean organic fertilizer and cheap biogas. Further research will be aimed at expanding the functionality of the developed equipment.

Keywords: technological equipment for cleaning liquid manure, biogas plant, environmental protection.

Вступ

Постановка проблеми. Утилізація гнойових стоків є однією із найважливіших проблем, яка виникла за промислового виробництва свинини. Вирішення даної проблеми залежить від вибору та якості систем видалення та утилізації гною. Дослідження є частиною наукової тематики відділу технології виробництва продукції свинарства Інституту свинарства і агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України і виконувалась згідно з завданням 30.01.02.01.Ф. «Дослідити зв'язок ефективності глибокої утилізації продуктів життєдіяльності свиней на промислових комплексах із особливостями систем утримання, гноєвидалення і мікроклімату», № ДР 012Ш109841.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Останнім часом наукова спільнота та фахівці з технології охорони навколишнього середовища різних країн світу ведуть інтенсивні пошуки методів і способів видалення, переробки та використання гною з великих свинокомплексів, що передбачають його повну утилізацію. Вирішення даної проблеми заключається насамперед у тому, щоб тваринницькі комплекси стали джерелом сировини для отримання додаткової сільськогосподарської продукції. [1, 3]

З цією метою на свинокомплексах для керованого анаеробного бродіння застосовують комплекс споруд і технологічного обладнання, який є ефективним способом газової очистки рідкого гною, дегельмінтизації і одночасним отриманням високоякісного екологічно чистого органічного добрива та дешевого біогазу. [2, 4]

Мета. Розробити комплекс технологічного обладнання для очищення рідкого гною і одночасним отриманням високоякісного органічного добрива та дешевого біогазу.

Виклад основного матеріалу

біогазовий утилізація гній свинокомплекс

Принцип роботи розробленої біогазової установки передбачає максимальну автоматизацію технологічних процесів та зменшення витрат людської праці.

Для забезпечення механізованого виробництва, типове устаткування відповідно до двух стадійного проточного методу представлено у вигляді машинно-апаратурної схеми. Наведена комплексно-механізована схема

(рис. 1) дає загальне уявлення про послідовність окремих стадій і робочих операцій процесу виробництва органічних біодобрив та біогазу з подальшим використанням його як сировини для виробництва тепла для обігріву свинарників. У ній охоплюється весь цикл етапів і операцій - від прийому сировини і до одержання готової продукції.

Біогазова установка (БУ) призначена для підготування вихідної біомаси (здрібнювання, гомогенізація, нагрівання) до бродіння, аеробного (кислотного) бродіння і, нарешті, анаеробного (метанового) бродіння.

Рис. 1. Технологічна схема виробництва біогазу:

1 - свинарники; 2 - ферментатор; 3 - насоси для гідроперемішування; 4 - насос (К); 5 - мішалка; 6 - теплообмінник; 7 - компресор; 8 - теплообмінник; 9 - установка для очистки та збагачення газу; 10 - котельня; 11 - фекальна установка; 12 - тентове покриття; 13 - клапан запобіжник; 14 - трактор для вивезення ефлюєнта; 15 - насос для відкачки води та ефлюєнта підчас ревізій та ремонтів; 16 - кран; 17 - заслонки для подачі свинячого гною у ферментатор.

Вихідна біомаса, одержувана щодня на фермі від утримання свиней вологістю 85-96% накопичується в ваннах під свинарником (1, 2,...6), де додаються бактерії з розрахунку на 1м3 (які добавляються в свинарнику), де проходить часткова ферментація. Під час додавання на даному етапі бактерій для ферментації відбуваються наступні процеси:

- скорочується час ферментації в ферментаторі 2;

- збільшується вихід біогазу;

- зменшуються запах в свинарнику тобто концентрація аміаку в приміщені.

З свинарника відкривши заслінку 17 подається гній (субстрат) до ферментатора 2 (рис. 2), де відбувається тимчасове зберігання і стабілізація та подальша ферментація початкової біомаси - субстрату. Завантажений субстрат витримується від 1 до 2 діб при температурі 20-25° С та об'ємом реактора У=90 м3 в залежності від потреб у завантаженні БУ. В процесі ферментації в ферментаторі 2, відбувається гомогенізація субстрату за рахунок гідро перемішування насосами 3 та 4 насосом (К). Гомогенізація - це надання однорідної структури або однорідних властивостей масі, сумішам, сполукам, розчинам або емульсіям шляхом механічного перемішування, усереднення, хімічного чи температурного впливу на них.

Рис. 2. Ферментатор та насосна станція

Із ферментатора 2 субстрат періодично подається за допомогою насосної станції 3 (рис. 3) в біогазову установку (БУ).

Біогазова установка являє собою резервуар, який підігрівається за допомогою теплообмінника 6 і є утеплений. В реакторі живуть корисні бактерії, що живляться субстратом. Продуктом життєдіяльності бактерій є біогаз. Для підтримки життя бактерій потрібна подача корму (субстрату), підігрів 10 котельня до 35-38°С і періодичне перемішування за допомогою мішалки 5. Утворений біогаз накопичується під куполом, де за допомогою компресора 7, подається на теплообмінник 8, та подається на 9 установка для очистки та збагачення газу. Очищений та збагачений біогаз потрапляє в котельню 10, де спалюється для обігріву БУ та надлишок біогазу спалюється факелом 11. Одержаний перероджений субстрат за допомогою крана 16 подається на трактор для вивезення 14.

Рис. 3. Схема біогазової установки

Утворення біогазу розділяють на чотири фази:

Гідролізна фаза. Під час гідролізної фази в результаті життєдіяльності бактерій стійкі субстанції (протеїни, жири і вуглеводи) розкладаються на прості складові (амінокислоти, глюкозу, жирові кислоти).

Кислотоутворююча фаза. Утворені під час гідролізної фази прості складові розкладаються на органічні кислоти (оцтова, пропіонова, масляна), спирт, альдегіди, водень, діоксид вуглецю, а також такі гази, як аміак і сірководень. Цей процес протікає до тих пір, поки розвиток бактерій не сповільниться під впливом утворених кислот.

Ацитогенна фаза. З кислот, утворених під час кислотоутворюючої фази, під впливом ацитогенних бактерій виробляється оцтова кислота.

Оцтова кислота розкладається на метан, вуглекислий газ і воду (метаногенез).

Анаеробні умови. Бактерії можуть активно діяти лише в умовах відсутності кисню. У конструкції біогазової установки спочатку передбачено дотримання цієї умови.

На процес виробництва газу впливають такі фактори як вологість, температура, тривалість бродіння, рН.

Виробництво біогазу здійснюється тільки у вологому середовищі, адже лише в ній бактерії можуть жити, харчуватися і розмножуватися.

Оптимальним режимом для всіх груп бактерій є діапазон 35-40 С. Присутня система автоматичного контролю.

Кількість виробленого газу поступово зростає відповідно до збільшення тривалості бродіння, спочатку воно відбувається швидше, в міру зростання тривалості бродіння - повільніше. У результаті настає такий момент, коли подальше перебування в ферментаторі буде недоцільно з економічної точки зору.

Гідролізні та кислотоутворюючі бактерії в кислому середовищі з рівнем pH 4,5-6,3 досягають оптимуму своєї активності, тоді як бактерії, що утворюють оцтову кислоту і метан, можуть жити лише при нейтральному або слаболужному рівні pH 6,8-8. Для всіх бактерій дійсним є правило: якщо рівень pH перевищує оптимальний, то вони стають повільнішими у своїй життєдіяльності, що затримує утворення біогазу. Оптимальний рівень pH для життєдіяльності та метаноутворення - pH 7.

Важливим фактором у технології виробництва біогазу є оптимальна підготовка сировини. подача субстрату, перемішування. Продукти обміну речовин кожної групи бактерій є поживними речовинами для подальшої групи бактерій. Всі вони діють з різною швидкістю. Бактерії не можна «перегодовувати», тому що тоді одна з груп не встигне виробити їжу для наступної. Тому в кожному конкретному проекті розраховується і програмується періодичність поїдання субстрату.

Чим дрібніші частинки субстрату, тим більша поверхня їх зіткнення з бактеріями, в результаті чого період бродіння буде скорочуватися, а метаноутворення прискорюватися. Для цього при необхідності проводиться додаткове подрібнення субстратів перед подачею в ферментатор.

Важливе не лише для уникнення появи кірки та осаду, а й для того, щоб біогаз виводився на поверхню (допомагає бульбашкам газу підніматися).

Мікроорганізми звикають до певного «раціону». Зміни, якщо вони вносяться, мають бути поступовими.

Технічні характеристики біогазової установки, яка успішно впроваджена на ВАТ СУБЕКОН Вінницької області наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Експлуатаційні показники біогазової установки

Параметри

Значення параметра

Продуктивність, т/год.

5,0

Вихід біогазу, м2/год.

300,0

Електрична потужність, що споживається кВт

1,5

Теплова потужність, що споживається, кВт

12,5

Вихід біодобрива (вологість 70%), т/добу

1,4

Площа, що займається, га

0,04

Обслуговуючий персонал, людин.

1

Висновок

Розроблений комплекс споруд і технологічного обладнання є ефективним способом газового очищення рідкого гною, дегельмінтизації і одночасним отриманням високоякісного екологічно чистого органічного добрива та дешевого біогазу. Подальші дослідження будуть направлені на розширення функціональних можливостей розробленого обладнання.

Література

1. Григоров М. С. Гидроэкосистемы и охрана водных ресурсов. Антропогенная деградация ландшафтов и экологическая безопасность. Москва-Волгоград, 2000. С. 261-274.

2. Ильин С. Н. Ресурсосберегающая технология переработки свиного навоза с получением биогаза: автореф канд. дис.... спец. 05.20.01, Иркутск, 2005. 20 с.

3. Голубев И. Г., Шванская И. А., Коноваленко Л. Ю., Лопатников М. В. Рециклинг отходов в АПК: справочник. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2011. 296 с.

4. Экологизация - приоритетное направление развития сельскохозяйственного производства. Материалы 3-й научно-практ. конф. «Общие экологические аспекты при разработке технологий и технических средств, используемых в сельскохозяйственном производстве». СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2002. 132 с.

References

1. Grigorov M.S. (2000). Gidrojekosistemy i ohrana vodnyh resursov. Antropogennaja degradacija landshaftov i jekologicheskaja bezopasnost' [Hydroecosystems and protection of water resources. Anthropogenic degradation of landscapes and environmental safety]. Moskva-Volgograd. S. 261-274 [in Russian].

2. Il'in S.N. (2005). Resursosberegajushhaja tehnologija pererabotki svinogo navoza s polucheniem biogaza: avtoref kand. dis.... spec. 05.20.01. Irkutsk, 20 s [in Russian].

3. Golubev I.G., Shvanskaja I.A., Konovalenko L.Ju. &Lopatnikov M.V. (2011). Recikling othodov v APK: spravochnik [Waste recycling in the agro-industrial complex: a guide]. M.: FGBNU «Rocinformagroteh». 296 s [in Russian].

4. Jekologizacija - prioritetnoe napravlenie razvitija sel'skohozjajstvennogo proizvodstva. (2002). [Ecologization is a priority direction for the development of agricultural production]. Materialy 3-j nauchno-prakt. konf. «Obshhie jekologicheskie aspekty pri razrabotke tehnologij i tehnicheskih sredstv, ispol'zuemyh v sel' skohozjajstvennom proizvodstve». SPb.: SZNIIMJeSH,. 132 s [in Russian].

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены