Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований
1.1. Обзор существующих и перспективных технологических решений по переработке биоорганической массы 11
1.2. Особенности синтеза и технологии анаэробного сбраживания водного органического субстрата (на основе куриного помета) 14
1.3. Анализ и перспектива использования электроимпульсной обработки в агропромышленном комплексе 22
1.4. Анализ конструкций биогазовых установок 24
1.4.1. Особенности конструкций установок отечественного производства 24
1.4.2. Зарубежный опыт по использованию технологического биогазового оборудования 31
1.4.3. Классификация биогазовых установок 35
1.5. Постановка вопроса, цель и задачи исследований 42
1.6. Выводы 43
2. Теоретическое обоснование воздействия электроимпульсной обработки на процесс анаэробной переработки водного органического субстрата 45
2.1. Теоретические представления процесса высоковольтной обработки водного органического субстрата 45
2.2. Математическая модель формирования электрического разряда в водном органическом субстрате 51
2.3. Явление фазового перехода органических частиц в водном субстрате под действием высоковольтного импульсного разряда 58
2.4. Моделирование процесса анаэробного сбраживания 63
2.5. Механизм кинетики разложения составляющих водного субстрата 67
2.6. Выводы 69
3. Методики и оборудование для экспериментальных исследований 70
3.1. Методика трансмиссионно - резонансной КВЧ/СВЧ радиоспектроскопии 71
3.2. Методика потенциометрии для определения рН 73
3.3. Методика определения гранулометрического состава 75
3.4. Методика определения спектра мутности 77
3.5. Методика измерения пористости и удельной поверхности органического вещества
3.6. Методика микробиологических исследований 83
4. Результаты исследований и их анализ 86
4.1. Анализ исследований трансмиссионно-резонансной КВЧ/СВЧ радиоспектроскопии 87
4.2. Определение рН водного органического субстрата 92
4.3. Определение гранулометрического состава 93
4.4. Определение спектра мутности 97
4.5. Результаты исследований пористости и удельной поверхности органического вещества 99
4.6. Микробиологическое исследование водного органического субстрата 101
4.7. Анализ фазового перехода органических частиц в водном субстрате 106
4.8. Выводы 111
5. Оборудование и технология для обработки высоковольтным импульсным разрядом водного органического субстрата и расчет экономической эффективности 113
5.1. Разработка устройства для высоковольтного импульсного разряда .113
5.1.1. Основные требования, предъявляемые к высоковольтной части устройства 113
5.1.2. Обоснование электрической схемы высоковольтной части устройства 114
5.1.3. Разработка универсального разрядника 117
5.1.4. Особенности эксплуатации оборудования 118
5.2. Экспериментальная биогазовая установка для переработки водного органического субстрата с использованием высоковольтного импульсного разряда 121
5.3. Результаты производственных испытаний 124
5.4. Рекомендации по технологии обработки водного органического субстрата при анаэробном сбраживании с использованием высоковольтного импульсного разряда 128
5.5. Технико-экономическая эффективность обработки водного органического субстрата высоковольтным импульсным разрядом 130
5.6. Выводы 135
Общие выводы 137
Список литературы
- Особенности синтеза и технологии анаэробного сбраживания водного органического субстрата (на основе куриного помета)
- Математическая модель формирования электрического разряда в водном органическом субстрате
- Методика потенциометрии для определения рН
- Определение спектра мутности
Введение к работе
Развитие интенсивных технологий в сельском хозяйстве, а также перевод животноводства и птицеводства на промышленную основу создали глобальную проблему утилизации большого объема жидких органических отходов, основными источниками которых, являются крупные животноводческие и птицеводческие комплексы. Сельское хозяйство, становясь источником загрязнения окружающей среды, требует особого внимания для решения данной проблемы, в этой связи биоконверсия сельскохозяйственных отходов приобретает решающее значение для агропромышленного производства.
Анализ работ [6, 7, 8, 14, 20, 25, 33, 34, 41, 90] показывает, что рациональное использование топливно-энергетических ресурсов невозможно без совершенствования существующих и создания новых энергосберегающих технологий, к которым в полной мере можно отнести процесс микробиологического сбраживания органических отходов. Совершенствование данного процесса позволит успешно бороться с высокой загрязненностью почвы и водных слоев отходами агропромышленного производства, а также решать вопросы по обеззараживанию и более глубокой переработке отходов растениеводства, животноводства и птицеводства с одновременным получением товарного биогаза и высококачественных удобрений.
Процессы, основанные на разложении органических отходов, с получением газа и последующим использованием его в быту известны давно: в Китае — мировом лидере по производству биогаза — история насчитывает 5 тыс. лет, в Индии — 2 тыс. лет.
К органическим остаткам и отходам сельскохозяйственного производства относятся продукты растениеводства, в особенности солома, свекольная и картофельная ботва и другие растительные остатки, если они не используются непосредственно в качестве корма, а также экскременты животных. Таких отходов ежегодно образуется 250 млн. т (по сухому веществу) из них: в животноводстве и птицеводстве - 150 млн. т, а в растениеводстве - 100 млн. т [25, 34]. Содержащиеся в органических веществах микроэлементы в большинстве случаев могут быть вновь использованы как органические удобрения, что позволит таким образом экономить минеральные удобрения, требующие больших затрат энергии и средств.
В последнее время разрабатываются биоэнергетические установки для переработки жидкого навоза в условиях анаэробного или аэробного сбраживания [9, 10, 11, 12, 29, 30,32, 87, 90, 98], для получения газообразного топлива и органических удобрений в процессе метановой ферментации отходов сельскохозяйственного производства.
Главным недостатком анаэробных процессов переработки является малая скорость реакции по сравнению с аэробными процессами [7], поэтому требуются установки больших размеров. К тому же сказывается недостаток фундаментальных научных знаний по этим процессам, а также опыта и данных по их крупномасштабной реализации. Следовательно, развитие в области анаэробной очистки сточных вод, стоков животноводческих и птицеводческих комплексов должно идти в направлении разработки систем с большой биологической активностью, проектирования более компактных аппаратов, при одновременном изучении кинетики, микробиологического и биохимического механизмов процессов сбраживания.
Установлено [15, 20, 25, 38], что анаэробная переработка отходов животноводства и растениеводства приводит к минерализации азота и фосфора - основных слагаемых удобрений, обеспечивая их лучшую сохранность, тогда как при традиционных способах приготовления органических удобрений методами компостирования безвозвратно теряется до 30...40% азота.
Российский опыт последних лет, показывает, что биогазовые технологии при их комплексной экономической оценке с учетом требований современного рынка становятся высокорентабельными [25]. Эти технологии являются, комплексными техническими решениями и в зависимости от социально-экономического положения общества на рынке может доминировать тот или иной продукт в зависимости от способа переработки. Если до последнего времени рынок определял в качестве доминирующего положения производство органических удобрений, а биогаз и экология, стояли на втором месте, то в настоящее время упор делается на выработку биогаза [25].
Физико-химические и микробиологические свойства органических удобрений можно улучшить, если в отдельные узловые моменты биогазовой технологии их производства ввести операцию высоковольтного импульсного разряда [24].
Идея использования высоковольтного импульсного разряда для решения ряда технологических процессов, в том числе и для обеззараживания животноводческих стоков была предложена Л. А. Юткиным и проверена им в ряде опытов [1,2,3,4, 5].
Применение электрофизических методов обработки веществ в последние годы является перспективным направлением исследований [26, 27, 28]. Однако эти работы не охватывают всех аспектов применения и в частности использования нового направления в микробиологии сбраживания органических отходов. Предлагаемые на основе электрофизических методов нетрадиционные технологии для агропромышленного комплекса являются инновационными.
Разработка и использование нетрадиционных технических решений позволит повысить выход биогаза и получать органические удобрения в жидком или минерализованном виде, не содержащих патогенной микрофлоры, яиц гельминтов, нитратов и нитритов, семян сорняков. Отличительной особенностью получаемых удобрений является универсальность. Это позволяет использовать их для любых сельскохозяйственных и декоративных культур, обеспечивая тем самым минимальное повышение урожайности в 2...2,5 раза, а максимально по отдельным культурам прирост может достигать большей величины [20, 25, 34, 38].
В связи с интенсивным развитием птицеводства в Саратовской области и переводом его на промышленную основу возникла проблема утилизации отходов птицеводческих комплексов и фабрик. В связи с этим необходимо было решить вопрос по переработке куриного помета в ценное органическое удобрение с одновременным получением биогаза.
В частности, вопрос метановой ферментации куриного помета мало изучен, так как высокое содержание в нем органических веществ и азота аммонийных солей препятствует эффективному метаногенезу. Отсутствие сведений о выходе биогаза с единицы поверхности сбраживаемого помета, требуемого времени обработки и т.д., поставило ряд вопросов, которые требуют решения.
Актуальность настоящей диссертационной работы определяется необходимостью обеспечения устойчивого роста сельскохозяйственного производства. Полное удовлетворение потребностей в продуктах питания, сырье и получении дополнительных источников энергии при утилизации органических отходов животноводства и птицеводства возможно лишь благодаря ускорению научно-технического прогресса и переходу на интенсивные технологии.
Цель исследования: интенсификация процесса анаэробного сбраживания водного органического субстрата и получение научно обоснованных решений по разработке технологии и оборудования с использованием высоковольтного импульсного разряда при производстве высококачественных органических удобрений и биогаза.
Научную новизну имеют:
- способ анаэробной переработки органических веществ водного органического субстрата куриного помета под воздействием высоковольтного импульсного разряда, техническое решение, которого защищено патентом;
- исследование основных закономерностей в кинетике процесса разложения органического субстрата по предлагаемой технологии, влияющих на характер продуктивности микроорганизмов, ответственных за переработку биоорганических отходов;
- метод диагностики трансмиссионно-резонансной КВЧ/СВЧ радиоспектроскопии высокого разрешения, позволяющий идентифицировать частоты собственных молекулярных колебаний в биологических и физических объектах; - модель и теоретические аспекты электровзрывного разрушения водного субстрата, а также методика исследования структуры при активации процесса;
- явление фазового перехода органических составляющих водного органического субстрата куриного помета;
- разработка источника высоковольтного импульсного разряда, а также разрядника обеспечивающего автономную обработку субстрата.
Практическая ценность работы. Разработана принципиально новая технология и комплекс устройств по переработке органических отходов, в частности птицеводства, при снижении топливно-энергетических затрат. Установлено повышение выхода биогаза с единицы поверхности сбраживаемого вещества при одновременном получении экологически чистых органических удобрений с улучшенными агрохимическими свойствами. Получен патент № 2207325 РФ на «Способ инициирования процесса анаэробного сбраживания». Основные положения, выносимые на защиту:
- способ и методика переработки биоорганических отходов в виде водного ор ганического субстрата куриного помета при его анаэробном сбраживании путем введения предварительной высоковольтной импульсной обработки;
- комплекс экспериментальных и теоретических данных по изучению воздействия высокоимпульсной импульсной обработки на процесс анаэробного сбраживания;
- новое конструктивно-технологическое решение для осуществления обработки водного органического субстрата высоковольтным импульсным разрядом;
Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты доложены и получили одобрение на следующих конференциях:
- научно-технических конференциях Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова (Саратов, СГАУ, 2001-2003 гг.);
- научно-практической конференции «Молодые ученые - Саратовской области» (Саратов, Поволжская академия государственной службы им. П.А. Столыпина, 14 мая 2002 г); - научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 115-летию со дня рождения академика Н.И.Вавилова (Саратов, СГАУ им. Н.И. Вавилова, 25-30 ноября 2003 г). Публикации. Основные результаты работы изложены в 8 печатных работах, в том числе материалах конференций 2. Общий объем публикаций составляет 1 п.л., из которых 0,7 п.л. автору принадлежит лично.
Особенности синтеза и технологии анаэробного сбраживания водного органического субстрата (на основе куриного помета)
Для переработки и обеззараживания отходов и стоков птицеводства широко используют два типа биологических процессов: - аэробные процессы, в которых микроорганизмы используют кислород, растворенный в сточных водах; - анаэробные процессы, в которых микроорганизмы не имеют доступа ни к свободному растворенному кислороду, ни к другим, предпочтительным в энергетическом отношении акцепторам электронов, таким как нитрат — ион.
В этих условиях микроорганизмы могут использовать углерод, входящий в состав органических молекул, в качестве акцептора электронов. При очистке сточных вод наиболее широко применяемым анаэробным процессом является сбраживание ила, однако самые совершенные аппараты уже используются для очистки сельскохозяйственных и промышленных стоков и разложения органических веществ.
При выборе между аэробными и анаэробными процессами обычно склоняются в сторону первых, так как эти системы признаны более надежными, стабильными и лучше изученными. Однако анаэробные процессы имеют не сколько несомненных преимуществ [40]. Во-первых, в анаэробных процессах образуется меньше ила, чем в аэробных. В аэробных процессах стоимость переработки ила весьма большая из-за его высокой влажности (90..99,7%) образуется от 1,0...1,5 кг биомассы (ила), то в анаэробных - только 0,1...0,2 кг на каждый удельный килограмм биохимической потребности в кислороде (БПК). Во-вторых, в анаэробных процессах образуется метан, который может использоваться как горючее. И, в-третьих, даже без учета использования метана в качестве источника энергии потребность в энергии на аэрацию в аэробных процессах повышает потребность в энергии на перемешивание при анаэробных процессах. Биологическое разложение преимущественно органических соединений, а также части легколетучих и резко пахнущих веществ, содержащихся, прежде всего в свежих экскрементах животных, приводит к выделению газов и образованию неприятного запаха. Неорганические элементы в зависимости от их вида, состава, сроков и места поступления могут вызвать неблагоприятные последствия, например снижение урожайности и качества продукции растениеводства или загрязнение вод. Кроме того, наличие в отходах возбудителей болезней представляет собой потенциальную опасность для людей и животных.
Таким образом, подход к проблеме переработки отходов сельскохозяйственного производства должен базироваться на требованиях защиты окружающей среды, куда входят: — устранение эмиссии неприятных запахов при получении и хранении отходов; — предотвращение контаминации продукции, заражения людей и животных возбудителями болезней; — предотвращение перегрузки почвы, воды и растений вредными веществами.
При этом применение анаэробных методов сулит дополнительные преимущества с точки зрения производства сельскохозяйственной продукции и экономии энергии, так как при известных условиях позволяет экономить покупные удобрения благодаря использованию удобрительных свойств продуктов сбраживания, а также первичную энергию путем реализации энергетического потенциала растительных отходов.
На первом этапе анаэробного сбраживания органических веществ путем биохимического расщепления (гидролиза) сначала происходит разложение высокомолекулярных соединений (углеводов, жиров, белковых веществ) на низкомолекулярные органические соединения.
На втором этапе при участии кислотообразующих бактерий происходит дальнейшее разложение с образованием органических кислот и их солей, а также спиртов, СОг и Н2, а затем H2S и NH3. Окончательное бактериальное преобразование органических веществ в СОг и СН осуществляется на третьем этапе процесса (метановое брожение). Кроме того из СОг и Н2 образуется в дальнейшем дополнительное количество СН4иН20(рис. 1.1).
Математическая модель формирования электрического разряда в водном органическом субстрате
Полученные теоретические выводы находятся в качественном согласии с экспериментальными исследованиями, в которых установлено, что сокращение времени разряда, приводит к увеличению напряженности и эффективности обработки. Увеличение степени активации органических веществ водного субстрата в процессе обработки, можно объяснить различием термодинамических и электрических характеристик и, в частности, энергиями атомизации и проводимости в жидком субстрате.
Таким образом, как с теоретической точки зрения, так и с экспериментальной, следует, что для повышения эффективности электрического разряда в вод ном субстрате, с целью осуществления однородного распределения органических веществ при переходе жидкий субстрат - пар и получения однородной суспензии, необходимо сокращение времени ввода энергии в обрабатываемый субстрат (к 1 мкс).
В настоящее время существуют две основные модели формирования разряда в проводящих жидкостях — тепловая и гидродинамическая. Согласно первой, образованию канала сквозной проводимости, замыкающего электроды, предшествует газообразование в межэлектродном промежутке при протекании в проводящей жидкости предпробойных токов. При этом импульсный разряд (со временем формирования не более 10... 100 мкс) возможен, если вскипание реализуется взрывным образом за счет гомогенного зародышеобразования [55].
Авторы гидродинамической модели, подвергая критике тепловую, справедливо отмечают ее недостаточную разработанность. Нагрев жидкости вблизи электрода, носящий монотонный характер, может вызывать пробой — явление, по своему характеру критическое [58].
В гидродинамической модели тепловые процессы отступают на второй план: основная роль отводится самодвижению жидкости, которое является следствием движения объемных зарядов в электрическом поле [56]. При этом охватывается вся стадия формирования разряда, включая стадию прорастания ветви пробоя к противоэлектроду, которая и завершается возникновением канала сквозной проводимости.
Конвективный ток в предпробойных стадии должен преобладать над током проводимости; конвективная составляющая в тепловом балансе должна преобладать над нагревом и теплопроводностью; электрические пондеромо-торные силы, действующие на объемные заряды, должны быть достаточны, чтобы вызвать интенсивное и высоковольтное течение (в ряде случаев — сверхзвуковое) при полях Е 107 В/м, поскольку начальное значение поля до разрядного импульса не превышает этой величины [55, 56, 58].
В данном разделе исследуется развитие тепловых и конвективных процессов в предпробойной стадии разряда в проводящих жидкостях с целью выявления доминирующего механизма пробоя. Далее рассмотрена начальная монотонная стадия нагрева водного органического субстрата при протекании пред-пробойных токов с целью определения начального изменения температурного поля в водного органического субстрата, а также всех связанных с ним величин, запишем систему уравнений, описывающих поведение несжимаемой жидкости в электрическом поле [53, 58],
В системе уравнений (2.26)-(2.33) опущены сила тяжести и точки смещения; а также электрострикционные силы. Сила тяжести несущественна в пред-пробивных явления, а токи смещения малы по сравнению с током проводимости; электрострикционные силы также малы и не влияют на распределение скоростей жидкости). Кроме того, такие характеристики жидкости, как плотность j, теплопроводность Хг, теплоемкость Ср, электрическая проницаемость є, считаются постоянными, в то время как электропроводность рассматривается переменной функцией температуры.
Прежде чем приступить к решению системы уравнений (2.26)-(2.33), можно произвести некоторые предварительные оценки, которые позволят упростить ее. Продифференцируя уравнение (2.30) по времени и подставив его в (2.32), получим: дБ div = 0. єє0—+a(T)E + pV V Поскольку токи смещения малы, то уравнение непрерывности (2.32) примет более простой вид: divj = 0, (2.32а) где j — плотность тока, как и ранее, определяется соотношением (2.31). Определим значение конвективной составляющей тока. Из уравнений тока и поля легко получить уравнение для объемного заряда уКр- Щр + 2ГК(г)а = 0. (2.34) єє0
Для начальной стадии, когда скорость еще не может достигать больших значений, первым слагаемым можно пренебречь, и тогда уравнение для плотности объемного заряда примет следующий вид
Методика потенциометрии для определения рН
Чрезвычайно сложная структура воды и биологических веществ требует совершенствования методики и техники по их расшифровке. В этом плане наряду с микроскопическими исследованиями, наиболее действенным инструментом изучения биологических объектов, является метод трансмиссионно — резонансной КВЧ/СВЧ радиоспектроскопии. Условно этот метод можно назвать микролокацией, который позволяет анализировать свойства воды, жидкие системы, в частности субстрат и живые микроорганизмы, раскрывать специфические особенности и закономерности на атомно-молекулярном уровне. Новый метод, основанный на спектроскопии высокого разрешения, позволяет по уровням сигналов собственных электромагнитных излучений идентифицировать их в зависимости от предшествующей обработки.
Для проведения «тонких» исследований по изменению свойств воды и водного органического субстрата под воздействием высоковольтного разряда был использован метод разработанный учеными СФ ИРЭ РАН Н.И. Синицы-ным, В.И. Петросяном и В.А. Елкиным. Предложенный метод трансмиссионно-резонансной КВЧ/СВЧ - радиоспектроскопии является косвенным методом исследования глубинного взаимодействия миллиметровых (ММ) волн с различными средами, суть которого заключается в обнаружении дополнительно к радиотепловому фону радиоизлучения собственных резонансных частот молекулярных колебаний различных биологических объектов [42,43].
Органический субстрат водного органического субстрата подвергали воздействию излучения, помещая изучаемые образцы в антенну аппликатор. Затем образцы помещали в магнитное и электрическое поле, к которому чувствительны осколки молекул (их называют свободными радикалами) и нечувствительные стабильные «целые» молекулы; при этом наблюдается поглощение или от ражение радиоволн. По изменению спектров сигнала проводился анализ изменения свойств исследуемых веществ [43].
Сигнал собственного электромагнитного излучения или стимулированного КВЧ — облучением от КВЧ — генератора, как воды, субстрата, так и живых микроорганизмов, подается на СВЧ — радиометр и далее регистрируется графопостроителем. Физическая основа данного метода заключается в увеличении собственного шумового радиоизлучения, стимулированного внешней накачкой КВЧ — излучения, при плотности падающей мощности не более 0,1 мкВт/см . Но это наблюдается только в том случае, если излучение активно взаимодействует с внутренней средой объекта, то есть ММ волны проникают в объем среды и, диссипируя, дают вклад в собственное шумовое излучение объекта в диапазоне частот от 49 до 54 ГГц. Такая ситуация возникает всякий раз, когда частота ММ волн находится вблизи частот собственных молекулярных колебаний среды. Это состояние является резонансным, а соответствующие частоты — является частотами резонансной прозрачности среды.
Конкретно в экспериментальной установке использовались свипирующий ММ генератор типа ГА-141 и высокочувствительный СВЧ-радиометр типа РЗО с комплектом аппликаторных антенн. Потоки мощности излучения ММ волн не превышают 10 мкВт/см2 при чувствительности приемной системы на уровне 10"17 Вт (на частоте 1 ГГц, в полосе 50 МГц). С разверткой частоты ММ излучения, принимаемый шумовой сигнал радиоотклика среды на резонансных частотах возрастает, образуя характеристический резонансный спектр исследуемой среды. Спектральные линии характеризуются центральной частотой и добротностью (полушириной линии), определяемыми упругими константами молекулярных связей (vp = 0,5п к/т, где к — упругая константа связи, т — масса молекулярного осциллятора), и амплитудой, пропорциональной диссипации энергии ММ волн, определяемой уровнем структурно-молекулярных неоднородностей среды. В сущности, в данной аппаратуре воплощены новые принципы малосигнальной радиоспектроскопии и представлен новый тип радиоспектрометра.
Использование данной аппаратуры позволило провести такие инновационные работы, как изучение свойств биологических объектов и водных суспензий, подвергнутых воздействию электрических разрядов, путем изучения электрических и магнитных эффектов спектров.
С помощью спектральных и структурных исследований, изменяя величину энергии активации, можно перестраивать структуру основного компонента, создавая новые центры биохимической реакции.
В работе освещены вопросы измерения активности ионов водорода, как в воде, так и водных растворах с использованием рН-метрии [44]. Определение рН в основном сводится к измерению некоторой разности. Значение экспериментально определяемой величины рН в значительной мере зависит от численного значения рН, приписанного стандарту.
Следует отметить, что измерение рН позволяет косвенно определить изменения в термодинамике растворов электролитов и оценить эффективность прохождения реакций.
При определении рН были соблюдены следующие условия: 1. На приборе, с помощью которого измеряли рН, определялась разность между значениями рН двух растворов — стандартного буферного и исследуемого, при одной и той же температуре.
Определение спектра мутности
В процессе анаэробного сбраживания органическое вещество претерпевает ряд существенных изменений в плане структуры, геометрии и поверхности адсорбции. Причем выше перечисленные параметры в значительной степени зависят от предшествующей технологической обработки.
Использование высоковольтного разряда при обработке органического субстрата приводит к резкому изменению структурных свойств частиц органики. Это вызвано гидродинамическим ударным воздействием на жидкую составляющую субстрата, которая приводит к расколу и появлению различного типа дефектов в органическом веществе. В процессе дальнейшего сбраживания происходит разрушение органических частиц, сопровождающееся уменьшением размера их с одновременным увеличением общей адсорбционной поверхности, ответственной за скорость протекания физико-химических реакций и выход целевых продуктов. Экспериментально установлено, что частица органического вещества, полученная в процессе анаэробного сбраживания по известной технологии, имеет адсорбционную поверхность равную S, = 1,69 м /г, а по предлагаемой технологии S2 = 4,50 м7г, что следует очевидно, объяснять внутренним расслоением органической частицы рис. 4.14.
График изменения адсорбционной поверхности: 1 - величина объема адсорбированного газа на поверхность органического субстрата, не прошедшего обработку; 2 - величина объема адсорбированного газа на поверхность органического субстрата, прошедшего импульсную обработку
Следовательно, предварительная обработка сырья высоковольтным электрическим разрядом способствует активации биохимических процессов и обеспечивает распад органических веществ намного интенсивнее, чем в случае гомогенизации известным методом.
Таким образом, полученная информация дает возможность предполагать перспективность применения предлагаемой технологии при переработке органических отходов. Экспериментально подтвержденный факт увеличения площади микроповерхностей следует, очевидно, объяснять внутренним расслоением органического вещества.
Интенсифицировать микробиологическую активность жидкой составляющей субстрата удается воздействием высоковольтного электрического разряда, благодаря чему повышается физико-химическая энергетика сложной биоорганической системы, ускоряется рост и развитие анаэробных микроорганизмов, ответственных за процесс метановой ферментации.
Проведенные экспериментальные исследования свидетельствуют об изменениях микробиологических свойств водного органического субстрата вследствие анаэробного брожения, инициированного высоковольтной обработкой.
Эксперименты показывают, что физическая и биологическая структуры анаэробных бактерий во многом предопределены необычным строением воды, а особенно той, которая, участвуя в процессе распада органических веществ, подвергается модификации энергией высоковольтного разряда. Каталитическое воздействие электроразрядного импульса способствует окислительно-восстановительным процессам в жидком субстрате, а получая физиологически активные ферменты, удается провоцировать ускоренный рост и развитие анаэробных микроорганизмов, обеспечивающих метанообразование.
На фрагменте структуры биопленки, полученной по промышленной технологии, отчетливо видны включения неправильной формы, хаотично расположенные по поверхности (рис. 4.15). Отличительной особенностью фрагмента структуры биопленки полученной в процессе анаэробного брожения водного органического субстрата, подвергнутого воздействию высоковольтного электрического разряда, является равномерное распределение структурных включений по поверхности после электроимпульсной обработки (рис. 4.16).
Результаты экспериментальных исследований по микроскопии образцов представлены на рис. 4.19,4.22.
