Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Проблема утилизации отходов птицеводства 10
1.2 Анализ существующих схем установок для получения биогаза 19
1.3 Конструктивно-технологические схемы способов утилизации птичьего помета 26
1.4 Выводы и задачи научных исследований 31
2 Обоснование научной предпосылки возможности объединения в единый цикл технологии сбраживания отходов птицеводства на установках непрерывного действия 33
2.1 Научная предпосылка возможности объединения в единый цикл трех стадий анаэробного сбраживания отходов птицеводства 33
2.2 Модель структурной оптимизации процесса утилизации отходов птицеводства 36
2.3 Математическая модель процесса выработки биогаза 47
3 Программа и методика экспериментальных исследований энергосберегающего процесса утилизации отходов птицеводства 51
3.1 Программа экспериментальных исследований 51
3.2 Методика экспериментальных исследований 52
3.2.1 Объект и предмет исследований, измерительные устройства, приборы и оборудование 52
3.2.2 Оптимизация параметров и режимов процесса получения биогаза при проведении экспериментальных исследований 55
3.2.3 Методика математической обработки результатов экспериментальных исследований 61
3.3 Оценка эффективности мер по энергосбережению при разработке технологического процесса утилизации отходов птицеводства 63
3.4 Модель процесса утилизации отходов птицеводства с целью энергосбережения на предприятиях АПК 69
3.5 Применение принципа самоокупаемости по энергосбережению на основе диаграммной техники 72
4 Экспериментальные исследования технологии получения биогаза 75
4.1 Результаты и обработка экспериментальных исследований 75
4.2 Обработка результатов экспериментальных исследований в изотермических условиях 87
4.3 Разработка конструктивно-технологической схемы установки анаэробного сбраживания отходов птицеводства 98
5 Экономическая и энергетическая эффективность использования энергосберегающей технологии утилизации птичьего помета 101
5.1 Экономическая эффективность использования технологии утилизации птичьего помета 101
5.2. Экономическая эффективность энергосбережения по методике Карпова В.Н 109
Заключение и общие выводы 112
Список литературы 114
Приложения 126
- Анализ существующих схем установок для получения биогаза
- Научная предпосылка возможности объединения в единый цикл трех стадий анаэробного сбраживания отходов птицеводства
- Объект и предмет исследований, измерительные устройства, приборы и оборудование
- Обработка результатов экспериментальных исследований в изотермических условиях
Введение к работе
Динамично развивающиеся в Российской Федерации экономические преобразования объективно раскрепощают производственную деятельность предприятий агропромышленного комплекса, открывают широкие возможности для творческой активности и инициативы хозяйственных руководителей и специалистов, создавая при этом условия для выхода на международное взаимовыгодное сотрудничество. В агропромышленном комплексе существуют предприятия повышенной экологической опасности, специфической характеристикой которых в настоящее время, является то, что с наращиванием мощностей, увеличением объемов товарооборота, пропорционально возрастает их опасность для окружающей среды.
Наиболее ярким представителем такого рода предприятий является птицеводческое хозяйство. Органические отходы куриного помета, скапливающиеся на эффективно работающих птицефабриках, фактически превращает их в «экологическую бомбу» огромной разрушительной силы, отравляющую не только атмосферу самой птицефабрики, но и землю, и водные артерии, прилегающие к ней. С учетом огромного количества существующих на территории Российской Федерации крупных и средних птицеводческих хозяйств и, соответственно, объемов отходов непрерывно образующихся на их площадях, очевидным становится обострение проблемы утилизации этих органических выбросов. Все вышеизложенное составляет негативную сторону проблемы.
Используя прогрессивные технологии и правильно организовывая деятельность хозяйственного подразделения, руководители крупных птицефабрик могут превратить свои предприятия из «экологических бомб» в эффективные, экономически целесообразные и главное экологически чистые хозяйства. При этом имеется в виду исключительно проблема утилизации органических отходов и, в частности, куриного помета. Основой такого перевоплощения является ценность утилизированных отходов, причем ценность многофакторная, так как утилизированный куриный помет является не только высокоэффективным многокомпонентным органическим удобрением, но и белковой кормовой добавкой, а также используется для получения биогаза.
Развитие технологий микробиологической анаэробной переработки биомасс можно связать с этапом начала анализа запасов энергетических ресурсов Земли. Сырьевые ресурсы Земли использовались на протяжении многих столетий, и только в последние десятилетия многие страны столкнулись с реальным и подчас критическим дефицитом газа и других видов полезных ископаемых.
Эта ситуация натолкнула ученых на возможность использования в экономике ресурсов биосферы и, в частности, биомассы. Одной из весьма эффективных возможностей использования биомассы в указанных целях и является микробиологическая анаэробная конверсия ее в биогаз.
Биомасса - самая дешевая и крупномасштабная форма аккумулируемой и возобновляемой энергии. Под биомассой можно подразумевать любые материалы биологического происхождения, продукты жизнедеятельности и органические отходы, образующиеся в процессе их переработки. Ежегодный прирост биомассы на земле составляет 200 млрд.тонн, что эквивалентно 3 1011 Дж энергии. Эта величина примерно в 10 раз превышает годовое потребление энергии всем человечеством на Земле.
Системы преобразования энергии биомассы для получения биотоплив достаточно разнообразны. Потенциальным сырьем для производства биотоплива могут служить куриный помет.
Анализ теплотворной способности различных видов топлива показывает, что энергоемкость биогаза превышает соответствующий показатель бурого угля в 1,52 раза и составляет 0,54 % от очищенного газа.
Разрабатываемый технологический процесс утилизации отходов птицеводства должен соответствовать экономически оправданной минимизации потерь и расхода энергии, то есть требованиям энергосбережения.
Несмотря на то, что многие виды производства существуют давно, затраты энергии в них все еще не приблизились к минимальным расчетным значениям. Это свидетельствует скорее об отсутствии методологии и системности в энергосбережении различных производств, связанном больше с их безальтернативностыо, чем с научной и технической невозможностью.
В этой связи сущность работы состоит в обосновании и разработке технологического процесса утилизации отходов птицеводства с использованием биогазовых установок.
В качестве объекта исследования взяты энергетические установки и микробиологические системы. Поэтому была поставлена задача, разработать технологический процесс утилизации отходов птицеводства, отвечающий требованиям энергосбережения.
Актуальность отмеченной проблемы с её недостаточной теоретической изученностью предопределила выбор темы диссертационного исследования. Необходимость и целесообразность проведения исследований обусловлена возрастающим риском разрастания зон экологического бедствия, связанных с отсутствием оборудования и технологии экологически чистой утилизации отходов птицефабрик.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА.
Цель и задачи исследований. Целью работы является обоснование энергосберегающей технологии утилизации птичьего помета на основе разработки и применении биогазовых установок.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
-разработать модель структурной оптимизации процесса утилизации отходов птицеводства с использованием графа сети Петри;
-обосновать научную предпосылку возможности объединения в единый цикл технологии сбраживания отходов птицеводства на установках непрерывного действия;
-исследовать технологический процесс выработки биогаза в естественных и изотермических условиях и обосновать технологические закономерности на основе микробиологической природы анаэробного распада отходов птицеводства;
-разработать математическую модель процесса выработки биогаза на основе использования методики планирования четырехфакторного эксперимента;
-разработать модель утилизации отходов птицеводства, определяющую условия энергосбережения.
Объект исследования. Птичий помет для получения высокоэффективного многокомпонентного органического удобрения и биогаза.
Предмет исследований. Экспериментальные и аналитические зависимости, характеризующие влияние параметров на процесс утилизации отходов отрасли птицеводства. Теоретической и методической основой диссертационного исследования послужили труды ведущих ученых и специалистов отрасли по исследуемой проблеме. В процессе решения отдельных задач применялись аналитический, графический и расчетно-конструкторский методы, а также методики по оценке экономической эффективности работы.
Информационную базу исследования составляют материалы научных конференций, научно-техническая литература и публикации зарубежных и отечественных изданий.
Научная новизна исследования и технические преимущества по сравнению с аналогичными отечественными и зарубежными достижениями.
Проблема до сих пор решается либо на уровне подходов к созданию опытных образцов разрозненного оборудования, либо формированию завода по переработке помета на основе технологий, недостаточно экологически безопасных.
Исходя из этого научная новизна включает:
- использование методики структурной оптимизации по схеме сети Петри при разработке технологического процесса утилизации отходов птицеводства;
- обоснование научной предпосылки возможности объединения в единый цикл технологии сбраживания отходов птицеводства на установках непрерывного действия;
- обоснование полученных технологических закономерностей на основе микробиологической природы анаэробного распада, акуммуляции и использования энергии, освобождающейся в процессах утилизации отходов птицеводства;
- математическое моделирование процесса и получение научных зависимостей, расширяющих знания о разрабатываемом процессе;
- разработка модели утилизации отходов птицеводства с целью энерго- и ресурсосбережения по методике д.т.н Карпова В.Н.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основании проведенных теоретических и лабораторных исследований разработана, изготовлена и апробирована установка для утилизации отходов птицеводства на Глазовской птицефабрике, удовлетворяющая технологическим требованиям. Защищаемые положения:
- научная предпосылка возможности объединения в единый цикл технологии сбраживания отходов птицеводства на установках непрерывного действия;
- математическая модель процесса выработки биогаза, полученная на основе использования методики планирования четырехфакторного эксперимента;
- результаты экспериментальных исследований;
теоретическое обоснование технологических закономерностей получения биогаза с использованием установок непрерывного действия;
- технико-экономическое обоснование целесообразности использования энергосберегающей технологии утилизации отходов птицеводства.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей, в том числе основные положения работы доложены на научно-практических конференциях: «Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы», Ижевск, 2007; «Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 летию вхождения Удмуртии в состав России», Ижевск, 2008г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и общих выводов, списка использованной литературы. Работа содержит 126 страниц, 54 рисунка, 7 таблиц и 14 приложений.
Директивные материалы к рассматриваемой проблеме:
Материалы теоретических и экспериментальных исследований технологического процесса утилизации использованы при разработке технологии промышленной переработки помета в удобрение по Государственному контракту №1664/13 от 11.11.2008г с Министерством сельского хозяйства Российской Федерации.
Анализ существующих схем установок для получения биогаза
При хранении помета идут процессы аэробного и анаэробного разложения. Причем аэробный распад характеризуется распадом клетчатки до углекислоты и воды, а анаэробный - до углекислоты и метана. В ходе этого расщепления образуются многочисленные промежуточные продукты, связанные с постепенной перестройкой молекулы окисляемого субстрата в те конечные акцепторы водорода, которые закрепляют последний в своем составе. Температура внутри разлагающейся массы навоза чаще всего колеблется около бОС,но в некоторых случаях она доходит до 70С и даже 75С в верхних частях кучи при доступе воздуха. В глубоких же слоях, куда воздух не проникает, температура обычно не превышает 30....35С. Изменение температуры в навозе разного происхождения характеризуется следующими цифрами, приведенными в таблице 1.1 [13,18,60]. Высокие температуры связаны с развитием группы бактерий, которые обозначают общим именем термофильных бактерий; они предпочитают субстрат более богатый азотистыми веществами, чем объясняют большую способность некоторых видов навоза сильнее разогреваться. Таков, например птичий помет, более богатый азотом и предпочитаемый в качестве источника тепла при набивке парников, к тому же он не имеет того избытка влаги, как навоз рогатого скота [73,104].
Как правило, анаэробная конверсия отходов птицеводства осуществляется в реакторах, называемых традиционными метантанками. Эти реакторы представляют собой герметические емкости, заполняемые отходами птицеводства. Режим в таких реакторах может быть периодическим или полунепрерывным.
Сегодня в Европе сосредоточено 44% мирового количества установок анаэробного сбраживания, в Северной Америке - 14%. Работающие в странах ЕС промышленные биогазовые установки по признаку происхождения используемых отходов можно разделить на несколько групп. Основными являются следующие три: агропищевая группа (67,5%), группа непищевой промышленности (15%) и непромышленная группа (9,6%) [14,33,110]. В Дании на 2006 г. действовало 20 централизованных биогазовых установок, введенных в действие в период с 2000...2006 г. Концепция централизованных биогазовых установок предусматривает транспортировку биомассы от нескольких поставщиков - окрестных фермерских хозяйств, а также частично от муниципальных и промышленных предприятий. Из 20 предприятий только 4 работают с убытком: два из-за неудачной конструкции, которая не позволяет работать устойчиво и влечет за собой большие эксплутационные расходы, остальные - из-за больших выплат по кредитам, взятым для реконструкции. Следует отметить, что правительство Дании одобряет и финансово поддерживает строительство таких предприятий (государственная субсидия в среднем составляет приблизительно 20% от сметы строительства). Помимо централизованных биогазовых предприятий с 2003 г. развивается концепция строительства маломасштабных фермерских установок с объемом метантанка 150...200 м . На 2007 г. в Дании действовало 20 фермерских установок, которые вырабатывали тепло- и электроэнергию [19,53,125].
В Италии с конца 90-х годов начали внедрять новое поколение биогазовых установок, ориентированных на переработку отходов птицеферм. На 2002 г. было построено 5 централизованных биогазовых установок и около 50 фермерских. С целью снижения капитальных затрат в качестве корпуса метантанков используются существующие бетонные емкости, которые накрываются пластиковым куполом. Как правило, объем такого метантанка около 600 м , получаемый биогаз используется в когенерационных установках для выработки около 50 кВт/ч электричества и 120 кВт/ч тепла. В Италии в настоящее время неї государственной программы развития биогазовых установок, но итальянская электрокомпания обязана покупать электроэнергию, выработанную из биогаза, по цене на 80% выше цены для потребителей [50,122].
В Германии работает около 400 сельскохозяйственных биогазовых установок с объемом метантанка 600-800 м3. С 2001 по 2004 г. было построено 8 централизованных биогазовых предприятий. На начало 2004 г. суммарная емкость всех работающих метантанков составляла 190 тыс. м3. По оценкам экспертов, в Германии существует необходимость в строительстве, по меньшей мере, 220 тыс. биогазовых установок, из которых 86% должны перерабатывать помет. При осуществлении этих планов доля биогаза может достичь 11% общего объема потребления газа в Германии.
В Австрии до 2003 г. действовали 46 преимущественно фермерского типа биогазовых установок. В 2003 г. было введено в действие 10 установок фермерского типа и 5 крупных. В Австрии нет национальной программы поддержки строительства биогазовых установок, однако их строительство поддерживают Министерства сельского хозяйства и экологии. Финансовую поддержку оказывают федеральные сельскохозяйственные организации и банки [97,126].
В 2010 г. в ЕС намечено получить дополнительной энергии за счет использования биомассы 90 млн. т нефтяного эквивалента (н.э.), из них 15 млн. т н.э. - за счет использования биогазовых установок.
В связи с энергетическим кризисом, который охватил Калифорнию с осени 2000 г., местные фермеры приступили к выработке электроэнергии из помета. Помет, если его накапливать в резервуарах, под воздействием определенных процессов продуцирует комбинированный газ, состоящий из метана и двуокиси углерода. Метан затем используют для выработки электроэнергии. Калифорния лидирует среди штатов США в сфере природозащиты. Даже в условиях энергокризиса жители этого штата протестуют против строительства крупных электростанций, работающих на обычных видах сырья, не говоря уже об АЭС [72,108,124].
Научная предпосылка возможности объединения в единый цикл трех стадий анаэробного сбраживания отходов птицеводства
На основе теоретических исследований выдвигается научная предпосылка возможности объединения в единый цикл трех стадий анаэробного сбраживания отходов птицеводства. В соответствии с предложенной научной предпосылкой при анаэробном сбраживании помета имеет место ступенчатость освобождения химической энергии окисляемого субстрата, так как процесс окисления связан с прохождением различных промежуточных этапов. Три стадии анаэробного превращения - мезафильную до 35С, промежуточную 35...45С и термофильную 45...55С предлагается объединить в единый цикл на установке непрерывного действия.
К обоснованию научной предпосылки возможности объединения в единый цикл трех стадий технологии сбраживания отходов птицеводства представлены теоретические исследования процесса анаэробного сбраживания птичьего помета. Биохимическая природа распада клетчатки была впервые подмечена еще в 50-х годах прошлого столетия. Русский исследователь Л. Попов обнаружил выделение метана и водорода при брожении веществ, содержащих целлюлозу, речной ил. Аналогичные продукты были обнаружены при изучении брожения навоза в анаэробных условиях. Полное разъяснение этим процессам принесли только классические исследования В. Л. Омелянского, произведенные им в конце прошлого столетия. Ему удалось установить, что в анаэробном разложении клетчатки принимают участие два вида бактерий [60]. Одна форма получила название Вас. cellulosae methanicus. Она морфологически близка к предыдущей, но значительно меньше ее по размерам. Эта бактерия спороносная имеет форму барабанной палочки (рисунок 2.1) [60,48] и образует среди продуктов сбраживания клетчатки значительные количества водорода, а другая-значительные количества метана. Другая форма была названа Омелянским Вас. cellulosae hydrogenicus (рисунок 2.2). Она представляет собой длинные (10—12ц ) палочки. Споры образуются на одном из концов клетки. При этом происходит вздутие конца, и бактерия приобретает вид барабанной палочки. Так, из экскрементов животных удалось выделить Вас. Cellulosae dissolvens (рисунок 2.3 увеличение 1500), лучше всего разлагающую клетчатку при температуре 45.. ,55С. Аналогичного типа культуры термофильных бактерий, сбраживающих клетчатку, исследовались В. В. Первозванским. Многие из перечисленных работ по изучению брожения клетчатки были проведены только с очищенными культурами термофильных бактерий. Чистые культуры их были получены А. А. Имшенецким, которому удалось уточнить морфологическую характеристику целлюлозоразлагающих бактерий, а также дать более подробные сведения об их физиологии [48,102]. Окислительные процессы приводят к освобождению некоторого количества химической энергии, используемой организмом для различных процессов жизнедеятельности. В настоящее время не вызывает сомнений положение, что энергия, освобождающаяся при химической реакции окисления, используется живой клеткой только в том случае, если в ней имеются соединения, принимающие участие как в реакции, сопровождающейся выделением энергии, так и в реакции, потребляющей ее [102]. Проведенные теоретические исследования позволяют сделать вывод: при анаэробном сбраживании помета имеет место ступенчатость освобождения химической энергии окисляемого субстрата, так как процесс окисления связан с прохождением различных промежуточных этапов. В реакциях, освобождающих энергию и потребляющих ее, принимает участие химический посредник аденозинтрифосфат. Каждая макроэргическая фосфатная часть равноценна 40...48 кДжэнергии [48,102]. Дальнейшее участие энергии, аккумулированной в фосфатных связях, может происходить различными путями. В результате этих взаимодействий термодинамически невозможные реакции становятся возможными и совершаются самопроизвольно. Сбраживанию клетчатки предшествует ее гидролиз до глюкозы. Накопление глюкозы наблюдается не всегда, а только после умерщвления бактерий. Это, связанно с тем, что фермент целлюлоза, сохраняет еще свою активность при этой обработке, а ферменты, участвующие в разложении глюкозы, становятся не активными [3,102]. Поскольку субстрат заражен инфекционным материалом, болотной жидкостью, то споры бациллы метанового брожения начинают прорастать с высокой скоростью. Сопутствующая микрофлора снижает окислительно восстановительный потенциал среды и обогащает ее сложными азотистыми соединениями, необходимыми для развития анаэробных бактерий. Термофильные бактерии прорастают только в симбиозе с другими бактериями, когда развитие мезафильиых бактерий еще не угасло, и микрофлора среды благоприятна для их развития. Одна из основных задач на начальном этапе исследования заключается в установлении факторов, наиболее эффективно влияющих на технологический процесс утилизации отходов птицеводства. Моделирование хода наших рассуждений базируется на следующих предпосылках:
- параметры процесса технологически достижимы; - технологии утилизации птичьего помета методом сушки и грануляции, вермикомпостирования, с использованием биогазовых установок периодического действия известны; - метод утилизации птичьего помета на биогазовых установках непрерывного действия сравнивался с другими для нахождения подобной технологии. Аналог не обнаружен. Для исследования технологического процесса утилизации птичьего помета применена модель структурной оптимизации по схеме графа сети Петри, что позволит определить ряд конкурирующих друг с другом вариантов технологических процессов.
Объект и предмет исследований, измерительные устройства, приборы и оборудование
Научная предпосылка возможности объединения в единый цикл трех стадий анаэробного сбраживания предусматривает проведение экспериментов в три этапа [56,89].
Первый этап - исследование процесса анаэробного сбраживания помета в естественных условиях. На втором и третьем этапах процесс исследовался в изотермических условиях. В соответствии с поставленной целью в лабораторных условиях решались следующие задачи: - разработка и изготовление лабораторной установки для исследования процесса анаэробного сбраживания отходов птицеводства; - исследование и обоснование процесса выработки биогаза в естественных условиях; исследование и обоснование процесса выработки биогаза в изотермических условиях; - выявление оптимальных параметров выработки биогаза и получение математической модели процесса; - разработка и изготовление экспериментальной установки для исследования процесса анаэробного сбраживания отходов птицеводства; На первом этапе исследования вначале проводились без использования активатора процесса. Выработка биогаза была минимальной. После ряда неудачных попыток использования различных активаторов процесса была применена в качестве активатора болотная жидкость, ее применение дало положительные результаты. В литературе отсутствуют сведения об использовании этой жидкости в качестве источника бактерий для заражения биомассы. Болотная жидкость, как источник бактерий для сбраживания биомассы применена нами впервые. Для снятия значений и регистрации параметров используется серийная измерительная и регистрирующая аппаратура, в том числе преобразующая и обеспечивающая передачу данных на персональный компьютер. Для получения достоверных результатов и снижения случайных ошибок эксперименты проводятся в трёхкратной повторности [25]. Увеличение числа повторений определяется в каждом конкретном случае, данные обрабатываются в системах статистического анализа Microsoft Excel и статистической графической системе STATGRAPHICS (STATistical GRAPHICS System) plus for Windows фирмы Manugistics. Целью экспериментальных исследований является проверка предложенных научных предпосылок возможности объединения в единый цикл трех стадий процесса утилизации и определение оптимальных параметров работы биогазовых установок, удовлетворяющих технологическим требованиям при минимальных энергозатратах. Объект и предмет исследований, измерительные устройства, приборы и оборудование Объектом исследования является птичий помет для получения высокоэффективного многокомпонентного органического удобрения и биогаза. Предметом исследований являются экспериментальные и аналитические зависимости, характеризующие влияние параметров на процесс утилизации отходов отрасли птицеводства. Экспериментальные исследования проведены в соответствии с действующими ГОСТами и общепринятыми методиками исследований машин, обеспечивающими получение первичной информации в виде реализаций случайных процессов с последующей их обработкой на персональном компьютере [22,77]. В процессе проведения исследований использованы следующие приборы и оборудование: - термошкаф; - PENTIUM 4 - 2.0 ГГц с DWD-RW ТЕАС; - Digital camera «Samsung SHD LENS-S830» - 3X opt. zoom 8.1 megapixel; - весы лабораторные ВЛТК-500; - манометр электрический - манометр водный - термометр РТ-049-4 Для экспериментального обоснования научной предпосылки проведены исследования анаэробного сбраживания птичьего помета в три стадии. На первой стадии эксперименты проводились при температуре от 18С до 35С, на второй стадии от 35С до 45С, на третьей стадии от 45С до 55С. На первом этапе исследовано влияние параметров процесса на выработку биогаза в естественных условиях без подогрева на лабораторной установке емкостью реактора 2,6 кг (рисунок 3.1 и 3.2), при отключенном термошкафе.
Обработка результатов экспериментальных исследований в изотермических условиях
Расчет экономической эффективности использования энергосберегающей технологии утилизации птичьего помета произведен применительно к птицефабрике «Глазовская» Удмуртского птицеводческого холдинга.
Выполнены расчеты для реактора массой загрузки помета 50 тонн. Нагревание и поддержание температуры в реакторе осуществляется за счет нагретой воды. Вода нагревается в водонагревателе и через систему трубопроводов передает тепло реактору. Выбираем водонагреватель марки АТВ -80 М [26], имеющий тепловую мощность 5,23 кВт и расход природного газа 0,71 м3/ч. Так как в водонагревателе будет использоваться биогаз, то через эквивалентный коэффициент 1,69 переводим расход природного газа на биогаз. Тогда расход биогаза составит 1,2 м /ч.
Из исследований, проведенных в лаборатории ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА, найден объем полученного газа с 1 кг помета, за 18 дней получено 660 литров биогаза, тогда в день с 1 кг помета выработано 36,67 литров газа. Применив эти данные к расчету установки, с 50 тонн помета в день получим 1833,3 м газа. Часть этого газа идет на нагрев воды в водонагревателе, остальная на получение энергии в газогенераторе. На нагрев воды расходуется в день 28,8 м газа. Тогда на получение энергии будет израсходовано 1804,5 м газа. Газогенератор вырабатывает 2...3 кВт сім газа. При использовании 1804,5 м газа выход энергии составит 3609 кВт в день. При расчете на год одна установка выработает 1317 285 кВт энергии.
При переработке птичьего помета помимо биогаза получается высокоэффективное многокомпонентное органическое удобрение, белковая кормовая добавка, а также получаемый субстрат может быть использован для выращивания шампиньонов.
Утилизация птичьего помета с целью получения органических удобрений позволяет ликвидировать дисбаланс гумуса в севооборотах хозяйств зерно-птицеводческого направления, снизить потери минеральных удобрений, уменьшить загрязнение окружающей среды, повысить надежность и долговечность машин для внесения органических удобрений, ликвидировать поступление в почву различных нетехнологических включений. Избыточная часть может быть реализована или использована в производстве субстратов для выращивания съедобных грибов — шампиньонов. О выгодности искусственного выращивания грибов хорошо свидетельствует величина урожайности. С 1т субстрата за год можно получить до 11000 ц шампиньонов и 36000 ц вешенки. Стоимость 1кг шампиньонов составляет 135 руб/кг.
На основе птичьего помета при культивировании навозных червей образуется 8 кг живой биомассы червей за цикл их развития (160 + 20 суток) с площади 1 кв. м. В течение года количество их возрастет примерно в 1000 раз, биомасса более чем в 100 раз. Изготовленный из навозных червей порошок содержит примерно 61...72 % белков (больше чем рыбная мука (61 %), мясная мука - 60 %, белковый концентрат сои - 45 % или сухие дрожжи - 44 %). При средней плотности в гряде 50000 особей червя на 1 м минимальный ежедневный сбор биомассы составит 1 кг с 1 м в сутки, или 10 кг с 1 м через каждые 10 дней. Для получения биомассы червя в количестве 1 тонны в сутки потребуется площадь гряды в количестве 1000 м . А с учетом технологических проездов 1500...2000 м . При этом наилучшим помещением для круглогодичного выращивания вермикультуры может служить здание, построенное по типу овощехранилища (перекрытая и утепленная силосная яма) с высотой потолка не более 2,5 м. Исходные данные для проекта с производительностью до 1 т биомассы червя в сутки или 30 т в месяц. Приблизительная стоимость производственного помещения составит 1,5 млн.руб. Срок амортизации 20 лет, что соответствует месячным амортизационным отчислениям в сумме 10790 руб. Источником корма является переработанный субстрат. Месячные затраты на заработную плату обслуживающего персонала составят приблизительно 13000 руб. Месячные затраты на отопление, воду и электроснабжение составят не более 5200 руб. Следует отметить, что данный расчет приведен при условии выращивания только биомассы червей. На практике при выращивании 1 кг червей получается еще и 6 кг биогумуса, и, следовательно, представленные затраты можно рассчитать в контексте коммерческой продажи биогумуса. В результате итоговая себестоимость биомассы будет еще меньше и экономически более выгодной. Цена реализации 1 тонны белковой кормовой добавки составит 11700 руб. Имеются данные, что на Московской птицефабрике производится утилизация куриного помета методом вермикомпостирования с целью получения белковых кормовых добавок и биогумуса. Расчет проводится при условии выхода помета 40 тыс. тонн. Это количество помета позволяет получить при вермикомпостировании 800 т кормодобавок и 16 тыс. т биогумуса, что обеспечивает экономическую эффективность в размере 200 и 2800 млн. руб., соответственно и повысить КПД использования кормов в среднем на 25 %. Белок, полученный из червей, использовался с высоким эффектом и для других видов животных. По птицефабрикам московской области выход помета составлял приблизительно 600 тыс. тонн. Организация вермикомпостирования позволит полностью решить вопрос кормовых добавок в регионе, улучшит санитарно-гигиеническое состояние, а сопряженное производство кормовых добавок и биогумуса позволит максимизировать его экономическую эффективность и позволит получать ценное органическое удобрение. Расчет экономической эффективности экспериментальной установки по утилизации отходов птицеводства выполнен с целью получения высокоэффективного многокомпонентного органического удобрения, белковой кормовой добавки, а также для получения биогаза и выращивания шампиньонов. Исходные данные для расчета приняты на основе анализа хозяйственной деятельности птицефабрики по итогам работы за 2005-2007г (приложение К). Расчет выполнен, исходя из производственной и энергетической мощности птицефабрики [61,75,79].
