Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1.Состояние вопроса, цель и задачи исследовании 9
1.1. Выход и свойства свиного навоза 9
1.2. Методы и способы переработки свиного навоза 16
1.3. Технологии анаэробной переработки свиного навоза 23
1.4. Методы интенсификации анаэробного сбраживания 27
1.5. Цель и задачи исследований при переработке свиного навоза методом анаэробного сбраживания 32
ГЛАВА 2. Теоретические исследования 34
2.1. Движущие силы в пограничном слое анаэробного фильтра 34
2.2. Гидравлическая модель анаэробного фильтра с возмущением за счет изменения давления 40
2.3. Энергетическая эффективность работы анаэробного фильтра... 53
ГЛАВА 3. Методика исследований 59
3.1. Общая методика проведения экспериментальных исследований 59
3.2. Планирование эксперимента и методика исследования на опытной демонстрационной установке 61
3.3. Планирование и методика исследований на лабораторной экспериментальной установке 69
3.4. Методика определения влажности и зольности 79
3.5. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований 80
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований 84
4.1. Величина гидродинамического возмущения в анаэробном фильтре в зависимости от технологических и конструктивных факторов 84
4.2. Влияние гидродинамического возмущения в анаэробном фильтре на выход биогаза 92
4.3. Предлагаемая ресурсосберегающая технология и методика расчета материального баланса технологической линии переработки свиного навоза 105
ГЛАВА 5. Экономическая эффективность переработки свиного навоза с применением анаэробного фильтра 112
Основные выводы 124
Литература 126
Приложения 137
- Методы и способы переработки свиного навоза
- Движущие силы в пограничном слое анаэробного фильтра
- Планирование эксперимента и методика исследования на опытной демонстрационной установке
- Величина гидродинамического возмущения в анаэробном фильтре в зависимости от технологических и конструктивных факторов
Введение к работе
Проблема утилизации отходов промышленного животноводства актуальна в связи с высокой концентрацией животных на ограниченной площади. Свиноводческие предприятия, потребляя известные традиционные энергоносители, обладают достаточно большим неиспользуемым энергетическим потенциалом, которым является свиной навоз. Свиной навоз является одним из традиционных видов органического удобрения, так как имеет в своем составе высокое содержание питательных и гумусообразующих веществ, в которых нуждаются сельскохозяйственные растения. В то же время экскременты свиней могут являться весьма агрессивным источником загрязнения окружающей среды. Недостаточно отработанные технологии переработки свиного навоза вызывают экономические, экологические и социальные издержки, затрудняющие функционирование свиноферм. При этом необходимо учитывать, что энергия, заключенная в кормах, потребляемых животными, не полностью используется их организмом. Значительная часть ее выделяется вместе с навозом, что обуславливает его энергетическую ценность. Таким образом, технология переработки свиного навоза должна надежно обеззараживать его, обеспечивать длительное хранение и максимальное сохранение в нем питательных веществ, минимизировать количество газообразных, жидких или твердых отходов, которые могут загрязнять окружающую среду, соответствовать конкретным климатическим и производственным условиям и обеспечивать получение дополнительного источника энергии, т.е. биогаза.
Использование гидравлических систем удаления навоза на свиноводческих предприятиях наиболее эффективно, В этом случае достигается чистота места обитания животных и улучшение микроклимата в помещении. Однако при этом получаем свиной навоз высокой влажности (93-99 % ), что предопределяет сложность, высокую энергоемкость и большую стоимость его переработки.
Перспективным направлением, является предлагаемая ресурсосберегающая технология переработки свиного навоза в биоэнергетических установках, способом анаэробного сбраживания. Технология основана на раздельной обработке органического вещества твердой и жидкой фракции свиного навоза. Для обработки жидкой фракции свиного навоза разработана оригинальная конструкция анаэробного фильтра с принципиально новым возмущающим воздействием, интенсифицирующим метаболизм микроорганизмов. Предложенная технология позволяет произвести более глубокое разложение органического вещества, уменьшить объемы сооружений, увеличить выход биогаза, получить высококачественное органическое удобрение и технически чистую воду. При этом решаются вопросы энерго- и ресурсосбережения, охраны окружающей среды.
Работа выполнялась в соответствии с планом НИР Иркутской государственной сельскохозяйственной академии «Разработка энергосберегающих технологий и средств механизации сельскохозяйственных процессов», (пятилетние планы НИР на 1996-2000г.г. утвержденный ученым советом ИрГСХА от 22.01.1996г. и 2001-2005 г.г., от 26.01.2001) и региональной программой «Энергообеспечение северных территорий Иркутской области на базе энергоисточников, использующих возобновляемые природные ресурсы» для ряда изолированных потребителей Братского и Усть-Кутского районов (постановление Правительства РФ № 1093 от 28 августа 1997г. о программе «Энергообеспечение районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий, а также мест проживания коренных малочисленных народов Севера, Сибири и Дальнего Востока за счет использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и местных видов топлива» и распоряжение Главы администрации Иркутской области № 314-рг от 13.08.99г.).
Целью работы являлось - обоснование и разработка ресурсосберегающей технологии переработки свиного навоза с применением анаэробного фильтра.
На основе поставленной цели сформулированы следующие задачи исследовании:
Разработать анаэробный фильтр с гидродинамическим возмущением за счет изменения давления. Получить гидравлическую и энергетическую модели для определения величины гидродинамического возмущения и энергетической эффективности работы анаэробного фильтра;
Исследовать влияние гидродинамического возмущения в анаэробном фильтре на выход биогаза. Получить математические модели основных энергетических параметров анаэробного фильтра;
Разработать технологическую схему и методику расчета материального баланса линии переработки свиного навоза с получением биогаза, органического удобрения и технически чистой воды;
Обосновать экономическую эффективность анаэробной переработки свиного навоза с применением анаэробного фильтра.
Объектом исследования являлась технология анаэробного сбраживания жидкой фракции свиного навоза в анаэробном фильтре.
Предмет исследования - гидродинамическое возмущение в анаэробном фильтре за счет изменения давления.
Научная новизна работы:
- Анаэробный фильтр, для переработки жидкой фракции свиного навоза, с
гидродинамическим возмущением за счет изменения давления.
Гидравлическая модель для определения величины гидродинамического возмущения в анаэробном фильтре.
Энергетическая модель для определения энергетической эффективности работы анаэробного фильтра.
Математические модели основных энергетических параметров анаэробного фильтра.
Технологическая схема переработки свиного навоза с получением биогаза, органического удобрения и технически чистой воды.
Практическая ценность. Программа на ЭВМ для расчета материального баланса технологической линии переработки свиного навоза. Разработаны рекомендации по выбору основных конструктивных параметров анаэробного фильтра для переработки жидкой фракции свиного навоза. Обоснована ресурсосберегающая технология переработки свиного навоза с использованием анаэробного фильтра.
Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены на: конференции посвященной 65-летию ИрГСХА «Достижения аграрной науки производству» в 1999 году в Иркутской ГСХА; конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Иркутской ГСХА, 29 февраля по 3 марта 2000 г; региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы АПК», 26 февраля по 2 марта 2001 г. в Иркутской ГСХА; региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы механизации сельского хозяйства», 2002 г в Иркутской ГСХА; в Бурятской ГСХА, 16 июня 2004 г; на международной научно-практической конференции «100 лет со дня рождения Ревякина Василия Петровича» 2005г в Иркутской ГСХА; в ВСГТУ, г. Улан-Удэ 26 октября 2005 г. Получен диплом лауреата премии губернатора Иркутской области по науке и технике за разработку технологии утилизации навоза и животноводческих стоков с получением биогаза, удобрения и технически чистой воды, 8 февраля 2001г.
Публикация. По теме диссертации опубликованы 11 печатных работ общим объемом 2,5 печатных листов.
Внедрение. Результаты научной разработки и лабораторная установка анаэробного фильтра, используются в учебном процессе на кафедре МСХП для проведения лекционных, лабораторных и практических занятий со студентами специальностей: 311300 «Механизация с.-х.», 311900 «ТО и ремонта машин», 030500 «Профобученис», 311400 «Электрификация и автоматизация с.-х.», 310700 «Зоотехния», по дисциплинам «Механизация технологических процессов в животноводстве» и «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии в сельском хозяйстве». Компьютерная программа расчета
8 материального баланса технологической линии переработки свиного навоза используется при курсовом и дипломном проектировании студентами 4 и 5 курса факультета механизации. Рекомендации к внедрению в производство приняты Главным Управлением сельского хозяйства Иркутской области. Результаты исследования использованы в разработке региональной программы «Энергообеспечение северных территорий Иркутской области на базе энергоисточников, использующих возобновляемые природные ресурсы» для ряда изолированных потребителей Братского и Усть-Кутского районов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Она изложена на 171 странице, включает 15 таблиц, 37 рисунков, 11 приложений. Список литературы включает 121 наименование, из них 5 на иностранных языках.
Методы и способы переработки свиного навоза
Так, влажность свиного навоза при механическом удалении и подстилочном содержании составляет 80-90%, при бесподстилочном - 90-95%, при самотечной гидравлической системе влажность равна 96-98%, при гидросмыве 98-99% [1, 48, 54, 68]. По мере разбавления водой изменяются физические свойства свиного навоза, содержание питательных веществ, он приобретает свойства жидкости. Плотность исходного, негазированного свиного навоза при влажности 92-99% находится в пределах 1019- 1003 кг/м3 [1, 48, 54, 64].
Гранулометрический состав свиного навоза неоднороден и зависит от половозрастной группы, рациона и способа кормления. Так при кормлении полнорационными концентрированными кормами содержание частиц от 0,05- 1мм составляет 64%, размером более 1мм, 36% [7, 16]. При кормлении многокомпонентными кормосмесями, соответственно 42% и 58% [1,61, 65].
Реологические свойства свиного навоза характеризуются текучестью, которая определяется его вязкостью и предельным напряжением сдвига. Выбор способа удаления, транспортирования и внесения навоза в решающей степени зависят от его текучести. Попадающие в навоз безвозвратные потери корма ухудшают его текучесть. Текучесть зависит от степени гомогенизации навоза, т. е. от степени перемешивания кала и мочи. С увеличение влажности от 92-98%, коэффициент динамической вязкости свиного навоза уменьшается от 0,23 до 0,002 Па с, предельное напряжение сдвига от 1,7 до 0,2 Па [7, 48, 100]. Уменьшение вязкости по мере разбавления водой и повышения температуры является одной из основных причин изменения скорости расслоения. Это приводит к образованию осадочного и плавающего слоев с высоким содержанием твердых частиц. Навоз свиней одной и той же влажности при скармливании животным кормов с высоким содержанием клетчатки и низким содержанием протеина имеет большую вязкость [10, 63].
Коэффициент поверхностного натяжения свиного навоза зависит от влажности и температуры. При влажности навоза более 97% и температуре 30С, он равен 0,0712 Н/м [38, 48]. Удельная теплоемкость свиного навоза в зависимости от влажности изменяется от 3,22 до 1,72 кДж/кг С [1, 38].
Химические свойства свиного навоза характеризуются содержанием сухого вещества. Сухое вещество свиного навоза состоит из органической части (85-75%) и неорганической (15-25%) [63]. Органическое вещество свиного навоза включает в себя: основные (белки, жиры, углеводы) и структурные вещества (целлюлоза, лигнин, клетчатка, гемицеллюлоза). Так, же в сухом веществе навоза содержатся микроэлементы (Мп, Си, Са, Zn), биогенные соединения (N, Р, К). Свиной навоз содержит 50...70% растворимого азота, который хорошо усваивается растения [41, 86]. Азотсодержащие соединения находятся в твёрдом, растворённом, коллоидном состоянии и могут переходить из одного состояния в другое. Доминирующей формой азота в жидком свином навозе является аммиачная. Аммиак образуется в анаэробных условиях, главным образом в процессе биохимической деградации белковых веществ, разложения мочевины. Содержащийся в жидком навозе фосфор органических соединений используется растениями лучше, чем фосфор минеральных удобрений. Калий в жидком свином навозе представлен исключительно растворимой формой в составе растворимых солей во взвесях и коллоидных частицах и поэтому легко усваивается. По мнению П.Я. Семенова [6], питательные вещества свиного навоза отличаются повышенной растворимостью.
Биологические свойства свиного навоза зависят от содержания бактериальных включений (микробов, бактерий, вирусов), яиц гельминтов, семян сорных растений, что может представлять экологическую и агротехническую опасность. Так согласно данным полученных Письменовым В.Н. [86], количество биологических включений в исходном свином навозе может достигать; бактерий (7,1 Ю8 шт./мл); яиц гельминтов (3-4 шт./л); жизнеспособных семян сорных растений (8-11 шт./л).
Коррозионные свойства свиного навоза определяются содержанием коррозионно-активных веществ (углекислоты, растворяющей извести, аммонийного азота, сульфатной и сульфидной серы, хлоридов). Скорость коррозии зависит от влажности навоза, материала с которым он соприкасается, и внешних условий (продолжительности воздействия, температуры и доступа кислорода) [6, 86].
Анализ выхода, состава и свойств свиного навоза позволяет сделать следующие выводы: - суточный выход жидкого свиного навоза при установившемся поголовье и соблюдении технологии содержания рационально определять нормативным методом; - свиной навоз включает в себя минеральные, органические и биологические вещества, это определяет его энергетическую и удобрительную ценность; - наличие биологических веществ в свином навозе, способных вызвать заражение окружающей среды, обсеменение почвы сорняками, определят необходимость его предварительной обработки; - минеральные и органические вещества в жидкой и твердой фазе свиного навоза находятся в разных формах (легко и трудноразлагаемых), поэтому для повышения эффективности рекомендуется раздельная переработка фаз; - на промышленных свиноводческих предприятиях получают большие объёмы жидкого навоза, который по сравнению с твердым имеет большую текучесть и растворимость в воде, меньшую способность задерживаться на поверхности почвы, что при внесении может стать причиной загрязнения окружающей среды. Методы и способы переработки свиного навоза, зависят от свойств и состава исходного сырья, а так же от целей переработки и вида конечных продуктов [4, 30, 35, 44, 45, 57]. При выборе методов и способов переработки свиного навоза исходят из научно обоснованной системы взглядов, а именно [35, 41, 72, 73]: - свиной навоз обладает энергетическим потенциалом, обусловленным содержанием органических веществ, способных при их минерализации отдавать значительное количество энергии; - свиной навоз является неотъемлемым звеном естественно-природной цепи «почва - растение - животное - навоз - почва», и должен использоваться в этой цепи с наибольшим эффектом; - являясь остатком переработки продукции фотосинтеза растений животными, свиной навоз содержит большое количество органических веществ, биогенных элементов, микроэлементов, ферментов и витаминов; - наличие органических веществ, делают свиной навоз идеальной пищей для почвенной микрофлоры, жизнедеятельность которой обеспечивает нормальное течение биохимических процессов в почве, способствует образованию гумуса и росту плодородия почвы; - биологические особенности свиного навоза исключают возможность его прямого применения как органическое удобрение и должно предусматривать соблюдение санитарно-ветеринарных требований; - конечные продукты переработки свиного навоза не должны содержать условно патогенную микрофлору, яйца гельминтов и их применение не должно вызывать заболевание людей и животных, накопление вредных веществ в почве, вести к вторичному засорению посевов.
Движущие силы в пограничном слое анаэробного фильтра
Следовательно, перед пуском анаэробного фильтра его следует заполнить субстратом, содержащим кроме раствора органических веществ, сложный симбиоз микроорганизмов, который составляет по некоторым оценкам до тысячи видов [15, 36]. Причем этот симбиоз должен быть адаптирован к субстрату, подлежащему переработке. На наш взгляд такими свойствами обладает раствор, приготовленный из свежего кала крупного рогатого скота влажностью 98-99%.
По мере увеличения толщины биопленки плотность биомассы у твердой подложки постепенно уменьшается из-за насыщения газовыми продуктами разложения органического вещества (биогазом). Уменьшение плотности биопленки сопровождается снижением прочности сцепления между отдельными микроорганизмами внутри биопленки, что приведет, в случае превышения напряжения от силы гидродинамического воздействия, предела прочности, к отторжению отдельных фрагментов биопленки от твердого носителя. Таким образом, движущими силами при образовании микробной пленки на твердом носителе являются концентрация органических веществ и микроорганизмов, скорость движения и силы трения.
Как следует из микробиологических основ анаэробной конверсии органического вещества [57], микробиологическая активность микроорганизмов определяется концентрацией субстрата. При низкой концентрации снижается скорость роста микроорганизмов; при чрезмерно высокой — происходит также торможение (ингибирование) метаболической активности. Известно также отрицательное влияние на скорость роста и метаболическую активность микроорганизмов продуктов разложения. Следовательно, концентрация органического вещества и продуктов разложения в субстрате является определяющим фактором скорости образования биогаза и движущей силой реакционного процесса. Для получения высокой скорости разложения органического вещества и получения оптимальных параметров производства биогаза необходимо управлять концентрацией органического вещества и продуктов метаболизма в биопленке.
Сложная структура биопленки и потока субстрата делают невозможным непосредственное определение движущих сил процессов происходящих в пограничном слое и внутри биопленки, а так же степени их влияния. Модель переноса масс в анаэробном фильтре может быть представлена на основе модели Ландау-Левича [60], с учетом особенностей конструкции анаэробного фильтра. Для облегчения понимания изменения концентрации, действительное движение субстрата заменим на плоское (рис. 2.2).
Биопленка, расположенная на твердом носителе, окружена движущимся субстратом. Скорость субстрата на поверхности биопленки равна нулю. Массоперенос внутри биопленки возможен только за счет молекулярной диффузии, определяемой только разностью концентраций. Перенос массы в этом случае может быть описан законом Фика [13]: Концентрация субстрата по мере приближения к поверхности биоплеи-ки понижается и по мере продвижения внутрь биопленки уменьшается до минимума. Концентрация продуктов метаболизма внутри биопленки наоборот повышается. Это может привести к ингибированию метаболической активности. Увеличение касательных напряжений на поверхности биопленки происходит за счет возникающих сил трения и может привести к отрыву отдельных её элементов. Интенсификация массопереноса внутри биопленки возможно изменением концентрации субстрата вне биопленки. Массоперенос вне биопленки происходит за счет конвективной диффузии, определяемой разностью градиентов скорости и давления. Изменение давления в потоке субстрата позволит интенсифицировать выделение пузырьков газа, движение которых к свободной поверхности позволит стимулировать конвективный массоперенос. Интенсификация газовыделения может быть подтверждена законом Генри [14, 107, 108]. Согласно которого количество газа способного растворится в жидкости при постоянном коэффициенте растворимости газа, прямо пропорционально абсолютному давлению в жидкости. Таким образом, основными движущими силами вне биопленки в анаэробных фильтрах, являются силы определяемые разностью давлений и скоростей. Интенсификация процесса возможна за счет оптимизации этих движущих сил.
Планирование эксперимента и методика исследования на опытной демонстрационной установке
На лабораторной экспериментальной установке проводилось сбраживание свиного навоза в анаэробных фильтрах при различной величине гидродинамического возмущения в реакторе. Генератором циклических возмущений в анаэробных фильтрах, является газожидкостный трубопровод. Исходя из энергетического анализа работы анаэробного фильтра, приняли следующие оценочные показатели: - суточный выход биогаза из анаэробного фильтра - Qi, м /сут; - выход биогаза с единицы рабочего объема реактора - СЬ, м /м РО; - выход биогаза с единицы загружаемого абсолютно сухого органического вещества - Q3, м3/кг АСОВ: - степень разложения органического вещества - С, %. Суточный выход биогаза и выход биогаза с единицы рабочего объема реактора, характеризуют объемную количественную сторону процесса и позволяют оценить скорость обработки субстрата. Выход биогаза с единицы загружаемого абсолютно сухого органического вещества, характеризует объемную качественную сторону процесса и указывает на качество обработки субстрата, стабилизацию органического вещества. Степень разложения органического вещества, позволяет определить интенсивность жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. На данные показатели влияние оказывают большое количество факторов. На основе теоретических исследований и проведенного демонстрационного эксперимента принято решение о выборе двух факторов, оказывающих наибольшее влияние на работу анаэробных фильтров, это: - гидродинамическое возмущение в реакторе анаэробного фильтра (ХіЛао, м), (управление этой величиной производили путем изменения высоты газожидкостного трубопровода - h гж); - доза загрузки субстрата в анаэробный фильтр (Ході %)» (количество загружаемой органической массы, приходящееся на единицу рабочего объема реактора). Возмущение способствует равномерному распределению питательных веществ по всему рабочему объему реактору, отводу продуктов метаболизма, разрушению слоя пены, обеспечивает равномерное температурное поле по всему объему, что благоприятно сказывается на жизнедеятельности анаэробных бактерий.
В непрерывном технологическом процессе сбраживания наибольшая интенсивность разложения достигается, если количество органического вещества, которое добавляется к находящемуся в реакторе субстрату, соответствует уже разложившемуся к данному моменту. Несоответствие этого условия может привести к недостаточному разложению сбраживаемой массы, угнетению микроорганизмов и, следовательно, к меньшему выходу газа и неэффективному использованию рабочего объема реактора. Закрепление анаэробных микроорганизмов на жестком носителе позволяет поддерживать постоянную концентрацию их в реакторе анаэробного фильтра. Влажность сбраживаемого свиного навоза составляла 98%, что соответствовало влажности навоза получаемого на свиноводческих предприятиях с гидравлическими системами удаления навоза и с первичных фильтрующих устройств. Высокая влажность сбраживаемого свиного навоза и применения, твёрдых иммобили-заторов, позволило задать область определения для фактора доза загрузки от 50 до 200%.
Влияние факторов окружающей среды приняли постоянным. Сбраживание жидкого свиного навоза проводилось в мезофильном режиме (t = 35±0,5 С). Для полной и качественной оценки влияния выбранных факторов на работу анаэробных фильтров, варьировали ими на трех уровнях: минимальном, нулевом и максимальном (-1; 0; +1). Матрицу планирования эксперимента на лабораторной установке (табл. 3.4), разработали как полный факторный эксперимент (3") с проведением 9 опытов. Таблица 3.4 Матрица планирования эксперимента на лабораторной установке З Факторы в матрице представлены в натуральном и кодированном виде, согласно методики приведенной в п. 3.2.
На основании проведенного планирования эксперимента, была изготовлена лабораторная установка. Установка состояла из 9 анаэробных фильтров работающих автономно, с общим подводом субстрата. Каждый анаэробный фильтр соответствовал одному опыту. Главным условием протекания процесса сбраживания является поддерживание постоянной температуры, что обеспечивалось специально изготовленным шкафом-термостатом с циркуляцией подогретого воздуха (рис.3.3). Шкаф-термостат изготовлен как, прямоугольный металлический теплоизолированный шкаф(2). Для обслуживания реакторов имелись дверцы (1).
Величина гидродинамического возмущения в анаэробном фильтре в зависимости от технологических и конструктивных факторов
При работе в штатном режиме, навоз подается в установку центробежного разделения на фракции первой ступени 4 [41]. Установка работает с эффективностью разделения на фракции 45-75% по сухому веществу при влажности твердой фракции 90-92%. Отличительной особенностью установки является работа в проточном режиме.
Твердая фракция, навоз влажностью 90-92%, поступает в резервуар -предсбраживатель метантенка 5, где происходит смешивание с осадком, поступающим из анаэробного фильтра 11, влажностью 94% , обсемененным анаэробной микрофлорой. Последнее обстоятельство способствует интенсификации процесса метанового сбраживания, так как для него характерна низкая скорость прироста анаэробной биомассы. Обрабатываемый навоз в резервуаре 5 нагревается до 35С, оптимальной температуры сбраживания в ме-зофильном режиме. Объем резервуара определяется суточной подачей в него навоза, так как загрузка в метантенк 7 осуществляется циклично, раз в сутки. Загрузка производится фекальным насосом 6.
Гидравлическое время выдерживания навоза в метантенке 7 составляет 15 суток, что соответствует дозе загрузки 6,67%. При заданном режиме работы, степень разложения органического вещества навоза составит 35-40%» с конверсией его в биогаз. Объем метантенка 7 составит 15-кратную суточную подачу из резервуара 5.
Обработанный шлам подается самотеком в устройство фильтрующего разделения на фракции второй ступени 8 [41]. Принцип работы устройства основан на прессовом отжатии жидкой фазы (фугата) из обрабатываемой массы с постоянной вибрацией решета, с целью предотвращения забивания его отверстий. Эффективность разделения на фракции установки составляет 85-95%. Влажность твердой фракции 60-75%». Твердая фракция представляет собой ценное органическое удобрение. В нем уничтожены, в результате анаэробного сбраживания, патогенная микрофлора, яйца гельминтов и семена сорных растений. Удобрение не имеет неприятного запаха. Находится в рыхло-сыпучем состоянии, что упрощает его транспортировку и внесение в почву. Значительная часть биогенных веществ минерализована, что делает их более доступными для питания растений и позволяет вносить удобрение в почву в год получения. При этом потери биогенных веществ исключены, в том числе и азота, что выгодно отличает предлагаемую технологию от других. Удобрение насыщено ферментами, благоприятно влияющими на биохимические почвенные процессы. В целом получаемое удобрение имеет значимую коммерческую ценность. Полученные удобрения складируются на специально подготовленных площадках.
Фугат, обсемененный анаэробной микрофлорой, от устройства 8 поступает в резервуар-предсбраживатель анаэробного фильтра 9, где смешивается с жидкой фракцией, полученной после первой ступени разделения на фракции, и нагревается до температуры 35 С. Объем резервуара 9 равен сумме суточных подач в него жидких фракций.
Насос 10 подает жидкую фракцию в анаэробный фильтр 11 непрерывно. Гидравлическое время выдерживания массы в реакторе анаэробного фильтра 11 составляет 1 сутки, то есть доза загрузки составляет 50%. Объем реактора равен объему суточного выхода жидкой фракции из устройств разделения навоза на фракции. Особенностью анаэробного фильтра является интенсификация процесса анаэробного сбраживания за счет возмущающих воздействий на реакционную среду [39]. Степень разложения органического вещества навозных стоков в устройстве составляет 60-84%. При анаэробной обработке значительно увеличивается способность свиного навоза к седиментации. Поэтому, в виду относительно низких скоростях движения потоков в реакторе, анаэробный фильтр выполняет также функцию вертикального отстойника с эффективностью разделения 75% и влажностью осадка 94%. Осадок из анаэробного фильтра 11 самотеком направляется в резервуар-предсбраживатель метантенка 5.
Обработанные стоки, прошедшие интенсивную обработку, можно отнести к условно чистой воде. Вода самотеком поступает из анаэробного фильтра 11 в резервуар условно чистой воды 12. Необходимая часть воды отбирается из резервуара 12 насосом 15 и подается на свиноферму 1 для уборки
навоза из помещений системой гидросмыва, то есть осуществляется рециркуляция технически чистой воды. Остаток технически чистой воды в период отрицательных температур окружающей среды накапливается в резервуаре 12 и в теплый период года может быть направлен на земледельческие поля орошения или в проточные водоемы.
Биогаз, получаемый в результате переработки свиного навоза в ме-тантенке 7 и анаэробном фильтре 11, аккумулируется в газгольдере 13. По мере необходимости биогаз, представляющий собой смесь газов, примерно 60% метана (СЫ4) и 40% углекислого газа (СОз) [42], подается в парогазовую электростанцию 14. Парогазовая электростанция вырабатывает электрическую энергию и способна снабжать тепловой энергией внутренних и внешних потребителей. В случае необходимости, внешним потребителям можно реализовать непосредственно биогаз, как энергоноситель. Объемная теплота сгорания биогаза в среднем составляет 21,5 МДж/м
Предлагаемую технологическую схему можно охарактеризовать, как природоохранную ресурсосберегающую, так как она является упорядоченным естественным продолжением биоконверсии органического вещества в природе. Представленная технология позволяет получить энергию в виде биогаза, а также ценное органическое удобрение (обеззараженное, девитали-зированное и дезодорированное) и технически чистую воду. Все рекомендуемые оригинальные разработки защищены патентами на изобретение РФ.
Анализ материальных пото.сов, (рис. 4.14) проходящих через БЭУ, служит основой оценки энергетической эффективности технологического решения и определения основных конструктивных параметров оборудования. Согласно предложенной технологии свиной навоз, производимый животноводческим предприятием в количестве (Мпи) поступает на первую ступень разделения (1).
