Моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Набережночелнинский институт

Моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов

Ахмадиев Габдулахат Маликович, доктор наук, профессор

Настоящая работа направлена на создание технологии оздоровления окружающей среды территориально обособленного инновационно-производственного центра «Иннокам» Республики Татарстан, посредством переработки отходов агропромышленного комплекса с получением экологически безопасной полезной продукции. Целью настоящей работы является моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов и разработка алгоритма обеззараживания и утилизации из отходов животноводства, птицеводства и иловых осадков очистных сооружений с выработкой критериев оценки и прогнозирования состояния окружающей среды инновационно-производственного центра «Иннокам" Республики Татарстан. Разработка научных основ и принципов пиролитической переработки отходов жизнедеятельности и моделирование и автоматизация позволяет не только снизить накопленный объем отходов и максимально способствует реализовать и задействовать их энергетический потенциал. При этом можно и получить топливо, материал, сорбент, пищевую и кормовую добавку, синтезированный газ, который может быть использован в различных целях и приложениях.

отходы оздоровление безопасный алгоритм

За последние десятилетия возрос риск возникновения крупных экологических катастроф, вызываемых человеком и возникающих вследствие защитной реакции природы. Природные и антропогенные экологические катастрофы имеют исторический аспект. Различные природные катастрофы, такие как наводнения и лесные пожары, существовали на протяжении всей истории нашей планеты. Однако с развитием современной цивилизации возникли катастрофы нового типа, включающие опустынивание, деградацию земельных ресурсов, пылевые бури, загрязнение Мирового океана и др. Начало XXI столетия остро ставит задачи оценки риска экологических катастроф, принятия мер по их предотвращению. Другими словами, актуальной стала задача управления экологическими катастрофами. А это возможно при наличии необходимого информационного обеспечения о прошлом, текущем и будущем состоянии объектов окружающей среды, включая природные, природно-техногенные и антропогенные системы[11,12].

Негативное влияние антропогенной нагрузки на окружающую среду происходит вследствие бурного развития промышленности, энергетики, транспорта и химизации сельского хозяйства, возросла опасность загрязнения продукции животноводства, птицеводства и иловых осадков очистных сооружений ксенобиотиками различного происхождения [1-5].

При этом особую актуальность приобретает проблема накопления, переработки и использования отходов сельского хозяйства, в частности животноводства, птицеводства и иловых осадков очистных сооружений, имеющих высокий класс опасности и образующихся сотнями тысяч тонн ежегодно.

Научной новизной настоящей работы является моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных материалов на урбанизированной территории кластера на примере инновационно-производственного центра «Иннокам» Республики Татарстан от отходов животноводства, птицеводства и иловых осадков очистных сооружений.

Настоящая работа направлена на разработку критериев оценки, прогнозирования и технологии оздоровления окружающей среды территориально обособленного инновационно-производственного центра «Иннокам» посредством переработки отходов агропромышленного комплекса с получением экологически безопасной полезной продукции.

При этом чрезвычайно важное научно -- практическое значение, имеет разработка способа и устройства для моделирования и автоматизации технологии выявление происхождение и определение количества вредных химических, техногенных, биогенных веществ, присутствующих в отходах растениеводства, животноводства, птицеводства и в иловых осадках далее переходящих в воздух, воду и почву, что и связано загрязнением окружающей среды.

Поступление вредных химических, техногенных, биогенных веществ, присутствующих в отходах растениеводства, животноводства, птицеводства и иловых осадков в высокоорганизованные живые организмы, и их потомства могут приводить к различным болезням не выясненной этиологии и далее способствующих к снижению жизнеспособности и населения разных возрастов.

На основании полученных теоретических, экспериментальных и производственных данных испытаний в процессе моделирования и автоматизации технологии определения появляется возможность разработать научные основы и принципы проекта оздоровления окружающей среды. Настоящая работа является фундаментальной и прикладной основой для сохранения жизнеспособности населения и продуктивного здоровья c.-х. животных и птиц с целью профилактики от различных болезней, которые связаны с внешними неблагоприятными факторами окружающей среды на территориально обособленном инновационно-производственном центре «ИнноКам" Республики Татарстан.

В настоящее время наиболее проблемными ее представителями являются отходы животноводства, птицеводства и осадок сточных вод (ОЖСВ). В связи с неуклонным ростом населения, растет антропогенная нагрузка на биосферу. Одной из важных экологических проблем современного общества является утилизация подобного вида отходов. Вся биомасса, согласно классификации, представленной в [6], подразделяется на первичную (растительная биомасса) и вторичную, образующуюся в результате различной степени переработки первичной. Отдельную группу во вторичной биомассе занимают такие виды органических отходов, как «отходы жизнедеятельности животных и птиц ».

Образующиеся ежедневно ОЖСВ складируются на территории водоочистных сооружений на иловых картах. За последние 15-20 лет на большинстве очистных сооружений очистка иловых карт не производилась, что привело к их переполнению [7]. Учитывая, что в 99% случаев водоочистные сооружения располагаются на берегах рек, возникает опасность выхода накопленных ОСВ за пределы иловых карт, что приведет к экологической катастрофе.

По данным всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) помет является фактором передачи более 100 возбудителей инфекционных и инвазионных болезней, может служить благоприятной средой для развития и длительной выживаемости патогенной микрофлоры, содержать повышенное количество пестицидов, медикаментозных препаратов, семян сорных растений и других загрязнений [8].

В условиях нехватки питательных элементов в растениеводстве основным направлением утилизации навоза, помета является его переработка и использование в качестве органических удобрений, однако для выбора экономически и экологически обоснованного решения не представляется возможным рекомендовать единую унифицированную машинную технологию утилизации при многообразии технологий, вариантов их оснащения и хозяйственных условий.

В настоящее время используется несколько способов решения проблемы переработки отходов жизнедеятельности организма человека, животных и птиц.. Но в предлагаемой работе речь идет о том, чтобы в некоторых системах жизнеобеспечения человека, животных и птиц использующих растения, например, в космических системах длительного полета, имелась возможность переработки отходов жизнедеятельности человека и несъедобной биомассы растений для получения из них удобрений. Продуктом утилизации в таком случае будут растворы минеральных веществ, используемых как удобрения. При этом учитываются специфические эксплуатационные особенности системы, в которых будут проводить переработку отходов, в частности их замкнутость.

Известные способы утилизации вышеуказанных отходов делятся в основном на два типа: сжигание высушенных отходов в воздухе при 1170 -- 1370K или при 810K в атмосфере чистого кислорода [17]. Этот способ традиционно используется для утилизации отходов, начиная с бытового мусора и кончая космическими СЖО.

Недостатками этого способа являются выход ядовитых для человека и растений газов, включающих недоокисленные продукты и диоксины, зола содержит сплавленные, малорастворимые минералы. Вторым является "мокрое окисление", при котором процесс проходит в атмосфере чистого кислорода под давлением 140 атм и температуре 200 -- 300oC, или "мокрое-суперкритическое" при 220 атм и 377oC [15,16].

В ранее проведенных исследованиях основное внимание при изучении технологий утилизации навоза, помета уделялось анализу влияния различных факторов на выполнения санитарно-гигиенических, физико-химических, агротехнических требований, производительность и экономическую эффективность отдельных процессов. В то же время оценка технологий и машин по уровню экологической безопасности встречается фрагментарно, практически [9,10].

Целью настоящей работы является моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов и разработка алгоритма обеззараживания и утилизации из отходов животноводства, птицеводства и иловых осадков очистных сооружений с определением критериев оценки и прогнозирования состояния окружающей среды инновационно-производственного центра «Иннокам" Республики Татарстан. Разработка научных основ и принципов пиролитической переработки отходов жизнедеятельности и моделирование и автоматизация позволяет не только снизить накопленный объем отходов и максимально задействовать их энергетический потенциал. При этом можно и получить топливо, материал, сорбент, пищевую и кормовую добавку, синтезированный газ, который может быть использован в различных целях и приложениях.

Материал и методы

Разработка способа и устройства выявления вредных химических, биологических веществ в отходах жизнедеятельности высокоорганизованных организмов направлены на моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов

Термические способы переработки имеют значительные преимущества перед остальными способами: в несколько раз снижается объем перерабатываемого сырья, тяжелые металлы в составе исходных ОЖСВ после термической переработки в основном локализуются в твердом остатке, перерабатывается практически 100 % всей органики, содержащейся в сырье, полностью уничтожается патогенная микрофлора.

Среди термических методов предпочтение следует отдать газификации и пиролизу, так как в результате этих процессов происходит конверсия исходного вещества в газообразное и жидкое топливо, в то время как при сжигании основным продуктом является тепловая энергия.

Моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов

В ранее проведенных исследованиях основное внимание при изучении технологий утилизации навоза, помета уделялось анализу влияния различных факторов на выполнения санитарно-гигиенических, физико-химических, агротехнических требований, производительность и экономическую эффективность отдельных процессов. В то же время оценка технологий и машин по уровню экологической безопасности встречается фрагментарно, практически отсутствуют методы проектирования и критерии оценки, прогнозирования и технологий утилизации навоза, помета, илового осадка обеспечивающие снижение негативного воздействие на окружающую среду. Переработка исходного углеводородного сырья в газ, имеющий более широкую сферу применения по сравнению с жидкой фракцией, представляется наиболее целесообразной, в связи с чем газификация имеет неоспоримое преимущество, заключающееся в высокой степени конверсии исходного сырья в газ (до 90%).

Ожидаемыми результатами настоящей работы являются:

Способ для определения приоритетных загрязняющих веществ в отходах жизнедеятельности и илового осадка.

Автомотизированная система для проведения технологии оздоровления среды обитания.

Полезная модель для получения из отходов жизнедеятельности безопасных продуктов и веществ.

Методология и научные принципы формирования концепции и программы экологического оздоровления кластерной территории на примере инновационно-производственного центра «Иннокам» Республики Татарстан.

Оценка и прогнозирование эволюции и состояния окружающей среды интенсивно развивающегося агропромышленного комплекса на примере инновационно-производственного центра «Иннокам».

Способ переработки иловых осадков очистных сооружений, отходов жизнедеятельности с.-х. животных и птиц методом пиролиза.

Способ и устройства для получения продуктов из отходов животноводства, птицеводства и иловых осадков.

Нами предлагается моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и модифицированный способ оздоровления воздушной среды в зоне обитания человека и животных, предусматривающим высадку в открытом грунте комплекса растений для улучшения состава воздушной среды, причем указанный комплекс растений представляет собой аэрофитотерапевтический комплекс. Предлагаемый известный модуль, включает растения, оказывающие ароматическое и/или фитонцидное воздействие на человека, выражающееся в улучшении его общего самочувствия и работоспособности, дарующие моральную и физическую радость жизни посредством своего эстетического воздействия.

Заключение

На основании вышеизложенного разработку критериев оценки и прогнозирования технологий утилизации навоза, помета и иловых осадков, обеспечивающие экологическую безопасность, определяющих научное направление следует отнести к актуальным проблемам.

Таким образом, ожидаемые результаты имеют научное и практическое значение, и они направлены на обеспечение техносферной и экологической безопасности среды обитания человека и животных на территории инновационно-производственного центра «Иннокам» Республики Татарстан. Моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов и материалов имеет перспективу.

Список литературы

АхмадиевГ.М.Научные основы и принципы системы контроля и обеспечения экологической безопасности на урбанизированных территориях Республики Татарстан//Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация, № 3 (70), 2016,с.73-82

Бернадинер М.Н., Жижин В.В., Иванов В.В. Термическое обезвреживание промышленных органических отходов// Экология и промышленность России. - 2000. - Апр. - С. 17-21.

Кармазинов Ф.В., Пробирский М.Д. Технологический комплекс по обработке и утилизации осадков сточных вод на ЦСА Санкт-Петербурга// ВСТ. - 2001. - №8. - С. 2-7.

Коммунальные сточные воды и перспективы их использования в сельском хозяйстве Западной Сибири/ А.В.Шуравин, Р.П.Воробьева, А.С.Давыдов и др. // Вода: экология и технологии.: Тез.докл. 4-го Международный конгресс. - М.: 2000. - С. 595-596.

Скобелева Л.А., Храмцов Д.Ю., Гильманова Э.М. Экологический и технический надзор (практика осуществления) М.: ТК Велби, изд-во Проспект, 2008. -320 с.

Basu, P. Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction (Second Edition). Practical Design and Theory / P. Basu. // Dalhousee University and Greenfield Research Incorporated. -- Academic Press, 2013. --552 p.

Бернадинер, И.М. Перспективная технология высокотемпературного обезвреживания осадков сточных вод / И.М. Бернадинер, П.В. Хорева // Вестник ПНИПУ. Урбанистика. - 2013. - № 4. - С. 85-96.

Агеечкин, А. Куриный помет: большая проблема или хороший бизнес? [Электронный ресурс] / А. Агеечкин, О. Титов, В. Лысенко - Электронный журнал «Агарное обозрение». - 2008. Режим доступа: http://webpticeprom.ru/ru/articles-processing-waste.html

Пискаева, А.И. Анализ способов переработки сельскохозяйственных органических отходов на примере куриного помета [Электронный ресурс] / А.И. Пискаева - Электронный журнал «Агроэкономика: экономика и сельское хозяйство». - 2016. - №4 (12). - Режим доступа: http://aeconomy.ru/science/agro/analiz-sposobov-pererabotki-selskokh/

Сидоренко, О.Д. Биологические технологии утилизации отходов животноводства : учеб.пособие / О. Д. Сидоренко, Е. В. Черданцев. - М.: Изд- во МСХА, 2001. - 74 с

Scientific bases and principles of obtaining carbon- metallic material by catalytic pyrolysis of ethanol To cite this article: G M Akhmadiev 2017 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng.240 012001//IOP ConferenceSeries: MaterialsScienceandEngineering

Сафаров Р. Н., Ахмадиев Г. М. Разработка технологии переработки накопленных отходов в России // Бюллетень науки и практики. Электрон.журн. 2017. №11 (24). С. 221-226. Режим доступа: http://www.bulletennauki.com/safarov-akhmadiev

Способ получения метанола и углеводородов бензинового ряда из синтез-газа: пат. 2610277 (С1) РФ: МПК C07C 29/151, C10G 3/00, C07C 1/20, C07C 31/04 / Кротов М.Ф. (РФ) и др.; патентообладатель ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»; заявл. 09.12.2015; опубл. 08.02.2017; № 13 (РФ). - 7 с.: 1 ил.

Larina, O.M. Comparison of thermal conversion methods of different biomass types into gaseous fuel / O.M. Larina, V.A. Sinelshchikov, G.A. Sytchev // Journal of Physics: Conference Series. - 2016. - Vol. 774. - 012137.

R.Jagov, Paper 72-ENAV-3, Environment control and life support system conferens. SanFrancisco, SAE 1972.

M.Csposito. In Standard handbook of hazardous waste treatment and disposal. N.Y., McGrawHillbookcompany, 1983.

R.Upadhye, K.Wignarajah, T.Wyaeven. Environment International, v19, p 381-392, 1993.Размещено на Allbest.ru