автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Анаэробная переработка органических отходов животноводства в биореакторе с барботажным перемешиванием

0034Э1613

На правах рукописи

Костромин Денис Владимирович

АНАЭРОБНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА В БИОРЕАКТОРЕ С БАРБОТАЖНЫМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 1 ФЕВ 2010

Москва-2010

003491613

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Сидыганов Юрий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кирсанов Владимир Вячеславович

кандидат технических наук Ковалев Дмитрий Александрович

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Марийский государственный университет» (ГОУ ВПО МарГУ)

Защита состоится «4 » 2010 года в 10.00 часов на

заседании диссертационного совета Д 006.034.01 Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» (ГНУ ГОСНИТИ) по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 1, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ГОСНИТИ по адресу. 109428, г. Москва, 1-й Институтский пр., д.1.

Автореферат разослан и опубликован на сайте http ://www. posniti.ru <Q$ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Соловьев Р.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

На животноводческих комплексах РФ в связи с планируемым увеличением поголовья по программе "Ускоренное развитие животноводства" в рамках приоритетного национального проекта "Развитие сельского хозяйства" и внедрением новых технологий содержания предполагается высокая концентрация сельскохозяйственных животных. Это обстоятельство может привести к накоплению вокруг сельхозпредприятий больших неиспользуемых объемов навозных стоков, что создаст условия к загрязнению грунтовых вод и воздушного бассейна, а так же биологической загрязненности патогенными микроорганизмами прилегающих территорий.

Применение технологии анаэробной переработки в сельскохозяйственном производстве позволяет решить не только экологические проблемы, встающие перед животноводческими хозяйствами, но и увеличить рентабельность предприятия за счет получения высококачественных органических удобрений и биогаза, пригодного для получения тепла или электроэнергии. Однако, несмотря на перечисленные выше преимущества, метод анаэробной переработки еще не нашел широкого применения. Это обусловлено рядом факторов; низкой скоростью прохождения процесса метаногенерации и как следствие, высокой стоимости биогазовых комплексов. При этом низкая скорость процесса сбраживания обусловлена неоднородностью температурного поля, создающегося в биореакторе, и наличием ингибиторов среды.

Для решения данной проблемы может быть использован метод интенсификации процесса сбраживания на основе барботажного перемешивания, который позволяет свести к минимуму температурную неоднородность и отводить ингибирующие продукты жизнедеятельности бактерий в биореакторе. Сдерживающим фактором в развитии данного направления является отсутствие комплексных исследований, направленных на совершенствование конструкции и обоснование параметров и режимов работы биореактора с барботажным перемешиванием. В связи с этим исследование анаэробной переработки органических отходов животноводства в биореакторе с барботажным перемешиванием является актуальной проблемой, представляющей научный и практический интерес.

Работа выполнялась в рамках ГК № 02.552.11.7005 по выполнению научно-исследовательских работ: «Выполнение работ по развитию центра коллективного пользования «Экология, биотехнологии и процессы получения экологически чистых энергоносителей», (ЦКП ЭБЭЭ)» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»; ГК № 6538Р/9098 от 01.02.2009 года по программе "У.М.Н.И.К." фонда

содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере; ГК № П208 от 22.07.2009 "Разработка новых способов и технических систем для переработки органических отходов, получения экологически чистых энергоносителей, удобрений и рекультивации нарушенных земель" в рамках ФЦП «Научные и научно педагогические кадры инновационной России на 2009-2012 годы».

Цель исследования. Повышение эффективности анаэробной переработки органических отходов животноводства путем интенсификации процесса сбраживания субстрата в биореакторе с барботажным перемешиванием.

Объект исследования. Технологический процесс анаэробной переработки навоза КРС, исследуемым элементом которого является биореактор с барботажным перемешиванием, а так же исходный субстрат для анаэробной переработки.

Предмет исследования. Закономерности процессов теплообмена и биологической активности в сбраживаемом субстрате при барботажном перемешивании.

Методика исследования. Кинематическая вязкость и поверхностное натяжение субстрата определялись в соответствии с общепринятыми методиками для сред близких к жидкостям. Процессы теплообмена и биологической активности в биорёакторе при барботажном перемешивании сбраживаемого субстрата исследовались методами математического моделирования на базе положений гидравлики, биотехнологии и теплопередачи с использованием теории подобия. Экспериментальные исследования проводились методом физического моделирования и натурного эксперимента, с использованием теории планирования эксперимента. Результаты исследований обработаны с помощью методов математической статистики и с применением программы пакета Лд/г-у/гся у<5.0.

Научная новизна.

Впервые для условий анаэробной переработки органических отходов животноводства экспериментально определены кинематическая вязкость и поверхностное натяжения сбраживаемого субстрата; разработана математическая модель движения биогазового пузырька, образующегося в сбраживаемом субстрате при барботировании в зависимости от свойств субстрата, отличающаяся учетом специфики пузырькового режима барботажного перемешивания; получено уравнение для определения коэффициента теплоотдачи в объеме биореактора с барботажным перемешиванием, отличающееся учетом его конструктивно-технологических параметров; разработана математическая модель функционирования анаэробной биологической системы, учитывающая специфику ингибирования метаболической активности субстрата в биореакторе с барботажным перемешиванием. Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на полезную модель.

Практическая ценность работы.

Система барботажного перемешивания в биореакторе, рекомендуемая для ускоренной анаэробной переработки органических отходов животноводства, позволяет интенсифицировать процесс сбраживания за счет сведения к минимуму температурной неоднородности и отвода ингибирующих продуктов жизнедеятельности бактерий. Разработанная методика инженерного расчета позволяет определять конструктивные и технологические параметры биореактора с барботажным перемешиванием при проектировании технологии анаэробной переработки. Обоснованы рациональные параметры процесса барботажного перемешивания при анаэробной переработке органических отходов животноводства.

Реализация результатов исследования.

Материалы диссертационной работы использованы при разработке технических предложений, которые переданы заинтересованным организациям - ОАО «Тепличное».

По результатам исследований разработана, изготовлена и запущена в эксплуатацию в ОАО «Тепличное» Республики Марий Эл биогазовая установка по ускоренной переработке навоза КРС с системой барботажного перемешивания.

Результаты работы внедрены в учебный процесс при подготовке бакалавров по направлению 110300.62 в курсе "Механизация животноводства".

На защиту выносятся:

1. Установленные значения кинематической вязкости и поверхностного натяжения сбраживаемого субстрата на основе органических отходов животноводства.

2. Математическая модель, описывающая процессы теплообмена и ингибирования анаэробного биологического субстрата на основе органических отходов животноводства в биореакторе с барботажным перемешиванием.

3. Полученные экспериментальные данные анаэробной переработки органических отходов животноводства в биореакторе с барботажным перемешиванием.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на научных, конференциях профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и сотрудников МарГТУ в 2006-2009 годах, МГАУ в 2007 г, на научно-практической конференции в рамках международной научно-образовательной школы-конференции по биоинженерии и приложениям "Перспективы развития инноваций в биологии" (МГУ г.Москва 2007г.), на научно-практическом семинаре «Национальные приоритеты развития России: образование, наука, инновации» в рамках коллективной экспозиции Минобрнауки России и Роснауки, VIII

Московского международного салона инноваций и инвестиций (ВВЦ г.Москва 2008г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах, в том числе 1 в журналах перечня ВАК, получены два патента РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация срстоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц, 37 рисунков, список литературы из 143 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, дана краткая характеристика работы и изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» анализируется современное представление технологии анаэробной переработки органических отходов животноводства. Рассматриваются основные этапы сбраживания, основные влияющие факторы и требования, предъявляемые к процессу, основные схемы и конструкции биогазовых установок, приведена их классификация.

Большой вклад в развитие научных знаний о процессе анаэробной переработки органических отходов животноводства внесли Амерханов P.A., Андрюхин Т.Я., Ананиашвили Г.Д., Архипченко И.А., Гюнтер Л.И., Денисов В.А., Дурдыбаев С.Д., Кирсанов В.В., Коваленко В.П., Ковалёв Н.Г., Ковалёв A.A., Ковалёв Д.А., Мишуров Н.П., Пузанков А.Г., Савин В.Д., Сидыганов Ю.Н., Тарасов С.И., Харламов Е.П., Цой Ю.А., Черепанов

A.A., Шамшуров Д.Н., Шрамков В.М., Баадер В., Беккер М.Е., Дубровские

B., Евтеев В.К., Мариненко Е.Е. и др.

Анализ проблемы показал, что для повышения эффективности процесса анаэробной переработки необходимо ускорить период сбраживания. В общем, скорость процесса определяется скоростью одной из составляющих элементарного процесса, которая протекает медленней других. Все реакции, протекающие во время процесса сбраживания, очень сильно 'зависят от стабильности температурного режима и активной реакции среды pH. Применения барботажного перемешивающего устройства для решения данной проблемы позволит не только свести к минимуму температурную неоднородность, но и позволит также отводить продукты жизнедеятельности бактерий, что необходимо для их роста

Вопросами движения среды и теплообмена в ней при барботажном воздействии занимались Рамм В.М., Кутателадзе С.С., Старикович М.А., Тодес О.М., Касаткин А.Г., Пилбс Ф., Гарбер X., Броунштейн Б.И., Жильцова O.A., Тур A.A. Кафаров В.В., Биркин С.М. и др. Работы по обоснованию и интенсификации теплового режима в биореакторных установках, микробиологическому исследованию биохимических

процессов проводили Панцхава Е.С., Друзьянова В.П., Марченко В.И., Келов К., Хашимото Е., Ковалев A.A., и др.

По результатам анализа широкого спектра работ отечественных и зарубежных исследований отмечается, что в новых условиях ужесточения требований к охране окружающей среды и экономической эффективности существующие биогазовые установки не обеспечивают оптимального периода сбраживания, а применяемые в них механические средства перемешивания субстрата требуют регулярного ремонта и замены, нарушая при этом непрерывность процесса. Использование барботажного перемешивания, исключающего движущие конструктивные части, позволяет свести к минимуму данный недостаток, а так же комплексно оптимизировать температурный режим и микробиологию среды в биореакторе.

В соответствии с вышеизложенным, определена цель, сформулированы положения диссертации, выносимые на защиту, и поставлены задачи исследований:

1. Исследовать кинематическую вязкость и поверхностное натяжение сбраживаемого субстрата на основе органических отходов животноводства в зависимости от технологических параметров процесса сбраживания.

2. Разработать конструкцию биореактора, обеспечивающую применение барботажного перемешивания с ускоренной анаэробной переработкой органических отходов животноводства.

3. Разработать математическую модель, описывающую распространение теплоты, ингибирующих процессов в сбраживаемом субстрате, энергобаланс установки при барботажном перемешивании.

4. Экспериментально определить коэффициенты критериального уравнения процесса распространения теплоты, проверить теоретические данные, полученные при моделировании биореактора с барботажным перемешиванием.

5. Разработать методику инженерного расчета биореактора с барботажным перемешивающим устройством по ускоренной анаэробной переработке органических отходов животноводства.

6. Разработать технологическую линию утилизации органических отходов животноводства на основе биореактора с барботажным перемешиванием.

7. Оценить экономическую эффективность использования ускоренной анаэробной переработки органических отходов животноводства.

Во второй главе «Теоретические исследования барботажного перемешивания субстрата» рассмотрены закономерности движения газового пузырька в субстрате, распространения теплоты, ингибирующих процессов и тепловой баланс биореактора с системой барботажного перемешивания.

г

I

1 и

В основу описания движения биогазового пузырька положена модель, связанная с определением сил, действующих на пузырек в момент его отрыва (рис 1). При этом форма пузырька рассматривается как шаровидная с диаметром с!п, не учитывающая образование шейки вблизи отверстия и отлична от диаметра отверстия (1.

Отрыв биогазового пузырька происходит при достижении равенства архимедовой силы сумме трех других сил: Р.=Ря+Я + Рс, (1)

где Ра - сила Архимеда; Рт - сила тяжести; Я - сила поверхностного натяжения; Рс - сила сопротивления росту пузырька, которая определяется уравнением Ньютона при обтекании препятствий жидкостью.

Для решения выражения (1), определены необходимые и достаточные числа подобия, описывающие процесс образования биогазового пузырька: число Рейнольдса Яёо, число Архимеда Агв, число Вебера \Veo- Использование этих чисел подобия позволяет получить

уравнение для определения безразмерного диаметра в следующем виде:

¿/-б-М-Л,,'- 20,25^2- £-2,15^- = 0, (3)

Рис.1. Схема сил, действующих на пузырек в момент отрыва.

где А - безразмерный диаметр пузырька.

Н.А

ё

(4)

с/=-

(5)

Для практического определения скорости движения субстрата при барботажном перемешивании определена скорость всплытия пузырьков биогаза:

</„р(18 +0,б7Лг)' где ц - динамическая вязкость субстрата; р- плотность субстрата. При всплытии биогазового пузырька в субстрате он встречает сопротивление. В результате возникает возмущение в сбраживаемом субстрате. Максимальная скорость возмущения потока будет находиться на поверхности биогазового пузырька, и уменьшаться по мере удаления от его центра. При всплытии биогазовые пузырьки передают движение субстрату.

Рассмотрен объем, выделенный вокруг частицы, который является цилиндрическим, не учитывающим влияния малых объемов на границах, течение осесиммеггричное. Составлена система уравнений Навье-Стокса, которая содержит необходимое и достаточное количество уравнений,

граничных условий к ним.

В конечном счете,. применение барботажного перемешивающего устройства в биореакторе оценивается скоростью установления однородности температурного поля. Степень температурной однородности характеризует интенсивность теплообмена в сбраживаемой среде, поэтому коэффициент теплоотдачи а:

а = /{Т!Т„т). (5)

Используя вторую теорему подобия, были выбраны параметры интенсифицирующие теплообмен в сбраживаемом субстрате и составлена функция:

= (7)

где £> - диаметр биореактора; с!'=(1„*п - объемный диаметр биогазовых пузырьков; с - теплоемкость; X - теплопроводность; /л!/лс -отношение вязкостей стенки тепловой рубашки и в центре биореактора.

Основываясь методом анализа размерностей теории подобия, уравнение преобразуется в критериальное уравнение, описывающее процесс теплоотдачи сбраживаемого субстрата в условиях барботажного перемешивания.

= (8) где №д - критерий Нуссельта; Рг - критерий Прандтля; Б - симплекс вязкости пристеночного слоя сбраживаемого субстрата и ядра.

Определяющей величиной в уравнении (8) является критерий Нуссельта, поскольку он содержит искомый коэффициент теплоотдачи.

Субстраты для анаэробной переработки органических отходов животноводства восприимчивы к метаболизации, когда они представлены в культуральной среде малыми концентрациями и напротив, становятся ингибиторами роста при высоких концентрациях. Сделано допущение, что модель ингибирования распространяется только на фазу метаногенеза, наиболее критичную к биохимическому составу обрабатываемого субстрата; в фазе метаногенеза субстрат состоит из летучих органических кислот, большая часть которых находится в ионизированной форме, и только часть - в неионизированной форме. Это позволило для описания взять за основу модель ингибирования Андреу. При этом соотношение ионизированных и неионизированных кислот является функцией рН, причем эти молекулярные формы кислот являются ингибирующими по отношению к метаногенной биомассе.

В случае, когда значение рН < 8,3, что характерно для переработки животноводческих стоков АПК, имеют место особенности: концентрация ионов СО/" незначительна по сравнению с концентрацией ионов НСО}~; концентрации ионов Н* и ОН незначительны по сравнению с концентрацией других ионов. В этом случае условия электронейтральноста можно записать в виде:

Х^+(ЯС0;)=1>ССС (9)

В результате, модели роста биомассы и субстрата в дифференциальной форме запишутся в виде:

. V (10)

dx к„-х

dt а 1 + ÍS- + Í

(П)

где к0 - экспоненциальная скорость роста бактериальной культуры; х - концентрация субстрата; х, - коэффициент потенциальной метаболической активности (пороговая константа Moho); x¡ - константа ингибирования.

хк

Используя критерий стабильности процесса сбраживания: —>ои

dx

Х-х

вводя а =--5- - коэффициент использования субстрата за период роста,

х0-х

система уравнений (10) и (11) преобразуется в уравнение, характеризующее работу биотехнологической системы с ингибиторами, находящимися в ионизированной форме:

1 + -S-r + • lg - —(Л" - X.) + • lg-= *„(,_,„) (12)

аха + л 0 ах,) Х0 ах, ах0+Х0 ах0 + Х0-Л

где X - концентрация биомассы, t - время.

Математическая модель процесса анаэробной переработки обеспечивает возможность проведения расчетов параметров анаэробной биологической . системы переработки органических отходов животноводства в биореакторе с барботажным перемешиванием.

В заключении составлен тепловой баланс биореактора с барботажным перемешиванием, учитывающий положительный энергобаланс при производстве товарного биогаза при анаэробной переработке органических отходов животноводства.

Таким образом, получены уравнения, описывающие движение субстрата, •теплообмен и биохимические характеристики в биореакторё в процессе барботажного перемешивания.

В третьей главе «Методика исследования», в соответствии с задачами теоретических исследований, приведены описания экспериментальной установки, разработана программа, методика проведения исследования, обработка опытных данных и оптимизация параметров барботажного перемешивания при анаэробной переработке органических отходов животноводства с учетом факторов, оказывающих наибольшее влияние.

Для проведения исследований были выбраны Наиболее распространенные в регионе и отвечающие технологическим требованиям на компостирование навозные стоки животноводческого комплекса КРС.

Концентрация сухого вещества и сухого органического вещества, зольность, кинематическая вязкость и поверхностное натяжение сбраживаемого субстрата, рН среды, концентрации биомассы и летучих органических кислот определялись по общепринятым методикам с использованием лабораторного оборудования.

Исследования процесса анаэробной переработки проводили в мезофильном режиме при температуре 306...308К. Для исследования процесса теплообмена при сбраживании была смонтирована экспериментальная установка с барботажным перемешивающим

Рисунок 2. Схема экспериментальной установки Экспериментальная установка (рис. 2), состоящая из биореактора 1, водонагревательного котла 2 для задания и поддержания требуемой температуры в реакторе, с автоматическим регулированием количества выделяемого тепла, газгольдера 3 для сбора, хранения и нагнетания давления биогаза для перемешивания, барботажного перемешивающего устройства 4, позволяет оценивать все параметры получаемого теплообмена на всех этапах переработки, а так же контролировать микробиологические параметры.

Определение свойств сбраживаемого субстрата, оптимальных режимов и параметров барботажного перемешивания и анаэробной переработки производились с использованием математической теории планирования эксперимента.

Доверительная вероятность при оценке моделей принята 95 %. Значимость отдельных коэффициентов регрессии производилась независимо, с помощью критерия Стьюдента. Для проверки гипотезы об адекватности моделей использовали критерий Фишера.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» в соответствии с поставленными задачами исследованы теплообмен и биохимические характеристики в биореакторе в процессе барботажного перемешивания.

На первом этапе экспериментальных исследований определены кинематическая вязкость и поверхностное натяжение сбраживаемого субстрата в зависимости от температуры и концентрации сухого вещества.

Рисунок 3. Зависимость кинематической вязкости и поврехностного

натяжения от температуры и содержания сухого вещества. Поверхности отклика показывают (Рис. 3), что оба параметра зависят как от содержания сухого вещества (СВ), так и от температуры (Т). Регрессионный анализ экспериментальных данных позволил получить эмпирические формулы для определения кинематической вязкости (и) и поверхностного натяжения (о):

V = 6,75+ 0,03 ■ СВ - 0,02 • Г, м2/с 10"6 (13)

сг = 119,96 -1,69 ■ С5 - 0,02 • Т, Н/м 10"3 (14)

Для определения распространения теплоты в стационарных условиях и определения температурной неоднородности сбраживаемого субстрата, в следствии коллоидно-полидисперсионного состава среды, на втором этапе экспериментальных исследований были проведены измерения температуры на разных расстояниях от стенки поверхности нагрева при свободном распространении теплоты,

В результате относительная стабилизация температур происходит на расстоянии 65-85 мм при содержании СВ 8 %. Наблюдается значительный температурный градиент 8... 10 К между теплообменной рубашкой и сбраживаемым субстратом. Причем, основной перепад температур наблюдается в пределах этого теплового пограничного слоя. Внутри объема сбраживания происходит выравнивание температуры и она приобретет однородность. При увеличении содержания СВ до 18% в

сбраживаемом субстрате тепловой пограничный слой увеличивается до 0,24м.

Для описания процесса распространения теплоты в объеме сбраживаемого субстрата без перемешивания, ввиду наличия высокого теплового пограничного слоя, использовалось критериальное уравнение, учитывающее различия полей температур, вязкости и толщины пограничного слоя при нагревании. Проведенные исследования и использование пакета статистической обработки данных БТАТШТЮА 6.0 для регрессионного анализа эксперимента позволили получить уравнение, описывающее процесс распространения теплоты в сбраживаемом субстрате от теплообменной стенки биореактора для геометрически подобных реакторов:

Ш = 0,15-(С/-ж-РгжГ3-(Рг^/.)0" (15)

Анализ показывает, что при высокой концентрации СВ (>10%) теплообмен происходит в ограниченном пространстве и силы внутреннего взаимодействия частиц сбраживаемого субстрата уравновешивают подъемную силу свободного движения вблизи поверхности теплоносителя. Передача теплоты естественной конвекцией в сбраживаемом субстрате, в пределах теплового пограничного слоя затрудняется, и распространение теплоты происходит теплопроводностью. При этом, а=32 Вт/м2-К, максимальный выход биогаза составил 0,4 м3 с кг СОВ при концентрации СВ в сбраживаемом субстрате 13%.

Для выявления влияния барботажного перемешивания на интенсификацию теплообмена в биореакторе на третьем этапе рассмотрены процессы вынужденного движения и исследована интенсивность теплообмена между горизонтальным цилиндром и средой -для геометрически подобных реакторов.

Выявлено, что наиболее интенсивное перемешивание происходит при скорости движения среды близкой к максимально допустимой - 0,4 м/с. При барботажном перемешивании сбраживаемой среды с указанной выше скоростью, после 120-140 секунд перемешивания достигается требуемая температурная однородность, соответствующая технологическим требованиям процесса сбраживания.

Экспериментальные данные обрабатывались согласно полученному критериальному уравнению (8). Для инженерных расчетов трубчатых биореакторов с системой барботажного перемешивания получено рабочее уравнение, учитывающее влияние технологических парметров системы на коэффициент теплоотдачи:

а = 0,36-и0-67-и02 ■с0>" а0'67 .р°-67.п15-с1-0*г (16)

При этом, а= 85 Вт/м2-К, максимальный перепад температуры 2 К, при концентрации СВ в сбраживаемом субстрате 13%.

С целью выявления положительного эффекта от барботажного

перемешивая на процесс анаэробной переработки органических отходов животноводства, в работе были проведены комплексные исследования его технологических параметров. 1

О 10 20 30 -барботажное перемеимвание

безгеремеилвания экспериментальные точки

Рисунок 4. Изменение концентрации биомассы X в зависимости от продолжительности сбраживания

32

5 28

о из ■«г сч

к

5 3. 20

1 16

X

о к 12

8

--

\ Ч

ч Ч

вр 1МЯ, 4

0 5 10 15 20 25 30 35 40

8.5

рН

8

7,5

7

6.5

6 6)0

I I

-

у '

/

---------1- Время

20

25

Рисунок наличия перемешивания анаэробной органических

5. Влияние барботажного в процессе переработки отходов

животноводства на

а) концентрацию беззольного вещества

б) рН среды

в) концентрацию летучих органических кислот

5000

5 4000

§ 3000

е- 2000

1000

--------

\ \

N ^ \ Ч

--- \

ч^Вреь N

5 10 15 20 25 30

— барботажное перемеиывание

— без перемешивания

При отсутствии перемешивания процесса развивается по модели ингибирования Андреу, а процесс барботажного перемешивания позволяет сбраживаемой среде приближать развитие культуральной среды по модели

Moho (Рис. 4). Наращивание максимальной концентрации биомассы до 0,8г/л при этом ускорилось на 20 часов по сравнению со стационарным режимом сбраживания.

Для оценки эффективности применения барботажного перемешивания определялась концентрация беззольного вещества, концентрация летучих органических кислот, рН среды в сбраживаемом субстрате (Рис 5).:

Снижение концентрации беззольного вещества до уровня в 16 г/л, для сбраживания с барботажным перемешиванием составило 22 дня, без перемешивания - 30 дней, дальнейшее проведение процесса является нецелесообразным, поскольку значительного снижения концентрации не происходит. Оптимальный рост метаногенных бактерий происходит при рН = 7 (в диапазоне значений 6,8 -7,2). На рост же кислотообразующих бактерий, как показывает концентрация летучих органических кислот, рН-среды влияет сравнительно мало.

Таким образом, при оптимальном режиме сбраживания и однородном температурном поле, в результате применения барботажного перемешивания, удельный выход биогаза с 1 кг СОВ составил 0,75 м3, а период сбраживания снизился на 25 %.

На основании полученных данных разработана комплексная технологическая линия для анаэробной переработки органических отходов животноводства с получением качественных продуктов в виде биогаза, идущего на получение электрической энергии и высококачественного органического удобрения. Данная технологическая линия, помимо получения прямых продуктов, позволяет решать задачи обеспечения охраны окружающей среды и санитарно-гигиенического благополучия животноводческого комплекса.

В пятой главе «Технико-экономическая эффективность выполненных исследований» приведена методика расчета системы анаэробной переработки органических отходов животноводства и определена ее эффективность.

В основу расчета экономической эффективности положен принцип сравнения биогазовой установки с барботажным перемешивающим устройством и без него. Эффективность применения новой технологической линии по переработке органических отходов составила 181,1 тыс. руб/год, срок окупаемости 1,4 г. При этом обеспечивается полное уничтожение семян сорных трав, обеззараживание и улучшение экологической обстановки в районе животноводческой фермы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. . Экспериментальна изучены и определены кинематическая вязкость и поверхностное натяжение субстрата на основе органических отходов животноводства, которые могут быть использованы в качёстве справочных характеристик при расчетах использования процесса барботажного перемешивания в анаэробных биореакторах.

2. Разработана конструкция биореактора с барботажным перемешиванием, позволяющая интенсифицировать процесс анаэробной переработки органических отходов животноводства: свести к минимуму температурную неоднородность и отводить ингибирующие продукты жизнедеятельности бактерий. .

3. Разработанная математическая модель процессов теплообмена и ингибирования биологической активности в анаэробно сбраживаемом субстрате на основе органических отходов животноводства, а так же энергобаланс биогазовой установки на базе биореактора с барботажным перемешиванием позволяют производить расчеты технико-технологических параметров системы,

4. Экспериментальные исследования биореактора с барботажным перемешиванием по переработке органических отходов животноводства показали адекватность полученной математической модели и достоверность полученных результатов. • Выявлено, что процесс барботажного перемешивания при анаэробной переработке позволяёт снизить ингибирующее действие летучих органических кислот и ускорить снижение концентрации беззольного вещества на 25 %, удельный выход биогаза в мезофильном режиме с 1 кг СОВ составил 6,75 м3.

5. Разработана методика инженерного расчета биореактора с системой барботажного перемешивания, позволяющая производить расчеты его конструктивно-технологических параметров.

6. Разработана технологическая линия по ускоренной анаэробной переработке . органических, отходов животноводства, с применением вертикального биореактора с барботажным перемешивающим устройством, основные принципы которой и ее конструктивного исполнения защищены патентом РФ.

7. Результаты производственных испытаний системы переработки органических отходов животноводческого комплекса КРС ОАО «Тепличное» Республики Марий Эл подтвердили ее работоспособность при применении биореактора с барботажным перемешиванием. Годовой экономический эффект по приведенным затратам -181,1 тыс. руб, срок окупаемости - 1,4 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах (курсивом выделены работы опубликованные в изданиях

перечня ВАК):

1. Костромин, Д. В. Совершенствование технологического процесса метанового сбраживания в биоэнергетических установках / Д. В. Костромин, Д. Н. Шамшуров // Перспективы развития инноваций в биологии: материалы науч.-практ. конф. в рамках междунар. науч.-образоват. школы-конференции по биоинженерии и приложениям (23 ноября 2007 года, г. Москва) / МГУ им. М. В. Ломоносова, биолог, фак. - М.: Инноватика, 2007. - С. 42-43. (0,1 п.л./0,05 пл.).

2. Сидыганов, Ю. Н. Барботажное перемешивание в биореакторах анаэробного сбраживания / Ю. Н. Сидыганов, Д. Н. Шамшуров, Д. В. Костромин // Национальные приоритеты развития России: образование, наука, инновации: сб. тез. выступлений участников программы (3-6 марта 2008 года, г. Москва). - М., 2008. - С. 218-219. (0,06 п.л./0,02 пл.).

3. Сидыганов, Ю. II. Анаэробная переработка отходов для получения биогаза / Ю. Н. Сидыганов, Д. Н. Шамшуров, Д. В. Костромин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - ЛЬ 6. -С. 42-43. (0,34 п.л./0,2 пл.).

4. Костромин, Д. В. Моделирование теплообмена сбраживаемого субстрата в условиях барботажного перемешивания / Д. В. Костромин // Наука в условиях современности: сб. ст. проф.-преп. сост., докторантов и асп. МарГТУ по итогам науч.-техн. конф. в 2009 г. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2009. - С. 70-73. (0,25 п.л./0,25 пл.).

5. Костромин, Д. В. Тепловой баланс биореактора с применением барботажного перемешивания / Д. В. Костромин // Наука в условиях современности: сб. ст. проф.-преп. сост., докторантов и асп. МарГТУ по итогам науч.-техн. конф. в 2009 г. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2009. - С. 74-77. (0,25 пл./0,25 пл.).

6. Патент на полезную модель № 88989. Устройство для перемешивания субстрата для анаэробных биореакторных комплексов / Д. В. Костромин, Ю. Н. Сидыганов, А. В. Канарский, Д. Н. Шамшуров.

7. Патент на полезную модель № 81961. Система комплексной переработки органических отходов / Е. М. Романов, Ю. Н. Сидыганов, Д. В. Костромин.

8. Положительное решение о выдаче патента на полезную модель. Система глубокой переработки органических отходов / Д. В. Костромин, Ю. Н. Сидыганов, А. В. Канарский, Д. Н. Шамшуров. - № 2009143550 от 24.11.2009 г.

Подписано в печать 27.01.2010. Тираж 100 экз. Заказ № 4287

Редакционно-издательский центр Марийского государственного технического университета 424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

Введение.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Современное представление о технологии анаэробной переработки органических отходов животноводства.

1.2 Физико-химические свойства органических отходов животноводства, как субстрата анаэробной переработки.

1.3 Анализ конструктивных элементов биогазовых установок.

1.4 Методы интенсификации анаэробной переработки органических отходов животноводства.

1.5 Краткий обзор работ и закономерностей описания физических и микробиохимических процессов в биореакторе с барботажным перемешиванием.

1.6 Выводы.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БАРБОТАЖНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СУБСТРАТА.

2.1 Моделирование процесса барботирования.

2.1.1 Физическая модель образования и движения барботажных пузырьков.

2.1.2 Математическая модель обтекания субстратом пузырьков биогаза

2.2 Исследование процесса теплообмена сбраживаемого субстрата в условиях барботажного перемешивания.

2.3 Математическое моделирование ингибирующих процессов в сбраживаемом субстрате.

2.4 Тепловой баланс биореактора.

2.5 Выводы.;.

ГЛАВА 3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа исследований.

3.2 Условия и место проведения экспериментов.

3.3 Методика определения свойств сбраживаемого субстрата.

3.4 Экспериментальная установка и методика исследования процесса анаэробного сбраживания субстрата в условиях барботажного перемешивания.

3.5 Методика количественного химического анализа сбраживаемого субстрата.

3.5 Методика оценки энергоэффективности процесса анаэробного сбраживания.

3.6 Математическая обработка результатов экспериментальных исследований

3.7 Выводы.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Влияние температуры и концентрации сухого вещества на кинематичесую вязкость и поверхностное натяжение сбраживаемого субстрата.

4.2 Результаты исследования распределения температуры в сбраживаемом субстрате в процессе теплообмена в биореакторе.

4.3 Результаты исследования влияния барботажного перемешивания сбраживаемого субстрата на интенсивность теплообмена в биореакторе.

4.4 Результаты исследования протекания биохимических процессов при сбраживании.

4.5 Энергетическая эффективность биореактора с системой барботажного перемешивания.

4.6 Лабораторно-производственные испытания биогазовой установки с системой барботажного перемешивания.

4.7 Выводы.

ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА КРС С ПРИМЕНЕНИЕМ БАРБОТАЖНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ.

На животноводческих комплексах РФ, в связи с планируемым увеличением поголовья по программе "Ускоренное развитие животноводства" в рамках приоритетного национального проекта "Развитие сельского хозяйства" и внедрения новых технологий содержания предполагается высокая концентрация сельскохозяйственных животных. Это обстоятельство может привести к накоплению вокруг сельхозпредприятий больших неиспользуемых объемов навозных стоков, что создаст условия к загрязнению грунтовых вод и воздушного бассейна, а так же биологической загрязненности патогенными микроорганизмами прилегающих территорий. Кроме того, в последнее время проблемы использования отходов животноводства привлекают пристальное внимание специалистов по охране окружающей среды и органов здравоохранения, озабоченных возможностью проникновения загрязнений в водоемы и распространения таким путем возбудителей заболеваний.

В настоящее время, эффективным и энергорентабельным способом утилизации органических отходов животноводства является анаэробное переработка (метановое сбраживание), позволяющее не только качественно переработать его в органическое удобрение, но и получать биологический газ для энергетического обеспечения функционирования самого процесса переработка. При этом эффективно решаются задачи использования энергетического и питательного потенциала, заключенного в органических отходах.

Применение данной технологии в сельскохозяйственном производстве позволяет решить не только экологические проблемы, встающие перед животноводческими хозяйствами от утилизации органических отходов животноводства, но и увеличить рентабельность предприятия за счет получения высококачественных органических удобрений и биогаза, пригодного для получения тепла или электроэнергии. Однако, несмотря на 4 перечисленные выше преимущества, метод анаэробной переработки еще не нашел широкого применения. Это обусловлено рядом факторов: низкой скоростью прохождения процесса метаногенерации, высокими требованиями к конструкции и технологической схеме биогазовой установки, высокой стоимости биогазовых комплексов.

Анализ современных научных знаний по технологии анаэробного переработки показывает, что экономическая эффективность процесса сбраживания в основном определяется производительностью биоэнергетических установок. Эта продуктивность при анаэробных условиях (без доступа кислорода) определяется скоростью развития микрофлоры среды. Однако метанообразующая стадия анаэробной переработки характеризуется низкими темпами размножения бактерий, что увеличивает длительность переработки органических веществ. Вследствие чего низкая скорость протекания реакции сбраживания лимитирует объем перерабатываемой продукции в виду высоких капиталовложений на строительство и обслуживания биогазовых установок, так как увеличение производительности в этом случае идет за счет увеличения объема биогазовых установок. К тому же сказывается недостаток фундаментальных научных знаний по данным процессам, а так же опыта и данных по их крупномасштабной реализации. Следовательно, развитие в области анаэробной переработки органических отходов производства и переработки сельскохозяйственной продукции должно идти в направлении разработки систем с большой биологической активностью, проектирования более компактных аппаратов, при одновременном изучении кинетики, микробиологического и биохимического механизмов процессов сбраживания. Для решения данной проблемы может быть использован метод интенсификации процесса анаэробного переработки на основе барботажного перемешивания, который позволяет свести к минимуму температурную неоднородность и отводить ингибирующие продукты жизнедеятельности бактерий в биореакторе.

Работа выполнялась в рамках ГК № 02.552.11.7005 по выполнению научно-исследовательских работ: «Выполнение работ по развитию центра коллективного пользования «Экология, биотехнологии и процессы получения экологически чистых энергоносителей», (ЦКП ЭБЭЭ)» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»; ГК № 6538Р/9098 от 01.02.2009 года по программе "У.М.Н.И.К." фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере; ГК № П208 от 22.07.2009 "Разработка новых способов и технических систем для переработки органических отходов, получения экологически чистых энергоносителей, удобрений и рекультивации нарушенных земель" в рамках ФЦП «Научные и научно педагогические кадры инновационной России на 2009-2012 годы»

Цель исследования. Повышение эффективности анаэробной переработки органических отходов животноводства путем интенсификации процесса сбраживания субстрата в биореакторе с барботажным I перемешиванием.

Объект исследования. Технологический процесс анаэробной переработки навоза КРС, исследуемым элементом, которого является биореактор с барботажным перемешиванием, а так же исходный субстрат для анаэробной переработки.

Предмет исследования. Закономерности процессов теплообмена и биологической активности в сбраживаемом субстрате при барботажном перемешивании.

Методика исследования. Кинематическая вязкость и поверхностное натяжение субстрата определялись в соответствии с общепринятыми методиками для сред близких к жидкостям. Процессы теплообмена и ингибирования сбраживаемого субстрата в биореакторе при барботажном перемешивании сбраживаемого субстрата исследовалась методами математического моделирования на базе положений гидравлики, б биотехнологии и теплопередачи с использованием теории подобия. Экспериментальные исследования проводились методом физического моделирования и натурного эксперимента, с использованием теории планирования эксперимента. Результаты исследований обработаны с помощью методов математической статистики и с применением программы пакета ^айзИса уб.О.

Научная новизна. Впервые для условий анаэробной переработки органических отходов животноводства экспериментально определены кинематическая вязкость и поверхностное натяжения сбраживаемого субстрата; разработана математическая модель движения биогазового пузырька, образующегося в сбраживаемом субстрате при барботировании в зависимости от свойств субстрата, отличающаяся учетом специфики пузырькового режима барботажного перемешивания; получено уравнение для определения коэффициента теплоотдачи в объеме биореактора с барботажным перемешиванием, отличающееся учетом его конструктивно-технологических параметров; разработана математическая модель функционирования анаэробной биологической системы, учитывающая специфику ингибирования метаболической активности субстрата в биореакторе с барботажным перемешиванием. Новизна технического решения подтверждена двумя патентами РФ на полезную модель.

Практическая ценность работы. Система барботажного перемешивания в биореакторе, рекомендуемая для ускоренной анаэробной переработки органических отходов животноводства, позволяет интенсифицировать сбраживание за счет сведения к минимуму температурной неоднородности и отвода ингибирующих продуктов жизнедеятельности бактерий. Разработанная методика инженерного расчета позволяет определять конструктивные и технологические параметры биореактора с барботажным перемешиванием при проектировании технологии анаэробной переработки. Обоснованы рациональные параметры процесса барботажного перемешивания при анаэробной переработке органических отходов животноводства.

Реализация результатов исследования.

Материалы диссертационной работы использованы при разработке технических предложений, которые переданы заинтересованным организациям - ОАО «Тепличное», Республики Марий Эл.

По результатам исследования разработана, изготовлена и запущена в эксплуатацию в ОАО «Тепличное» Республики Марий Эл биогазовая установка по ускоренной переработке навоза КРС с системой барботажного перемешивания.

Результаты работы внедрены в учебный процесс при подготовке бакалавров по направлению 110300.62 в курсе "Механизация животноводства"

На защиту выносятся:

1. Установленные значения кинематической вязкости и поверхностного натяжения сбраживаемого субстрата на основе органических отходов животноводства.

2. Математическая модель, описывающая процессы теплообмена и ингибирования анаэробного биологического субстрата на основе органических отходов животноводства в биореакторе с барботажным перемешиванием.

3. Полученные экспериментальные данные анаэробной переработки органических отходов животноводства в биореакторе с барботажным перемешиванием.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и сотрудников МарГТУ в 2006-2009 годах, МГАУ в 2007 г, на научно-практической конференции в рамках международной научнообразовательной школы-конференции по биоинженерии и приложениям 8

Перспективы развития инноваций в биологии" (МГУ г.Москва 2007 г), на научно-практическом семинаре «Национальные приоритеты развития России: образование, наука, инновации» в рамках коллективной экспозиции Минобрнауки России и Роснауки, VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций (ВВЦ г. Москва 2008г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах, в том числе 1 в журналах перечня ВАК, получены два патента РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц, 37 рисунков, список литературы из 143 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментально изученные и определены кинематическая вязкость и поверхностное натяжение субстрата на основе навоза КРС, которые могут быть использованы в качестве справочных характеристик при расчетах использования процесса барботажного перемешивания в анаэробных биореакторах.

2. Разработана конструкция биореактора с барботажным перемешиванием позволяющая интенсифицировать процесса анаэробной переработки органических отходов животноводства: свести к минимуму температурную неоднородность и отводить ингибирующие продукты жизнедеятельности бактерий.

3. Разработанная математическая модель процессов теплообмена и ингибирования биологической активности в анаэробно сбраживаемом субстрате на основе навоза КРС, а так же энергобаланс биогазовой установки на базе биореактора с барботажным перемешиванием позволяют производить расчеты технико-технологических параметров системы.

4. Экспериментальные исследования биореактора с барботажным перемешивание по переработке навоза КРС показали адекватность полученной математической модели и достоверность полученных результатов. Выявлено, что процесс барботажного перемешивания при анаэробной переработке позволяет снизить ингибирующее действие летучих органических кислот и ускорить снижение концентрации беззольного вещества на 25 %, удельный выход биогаза в мезофильном режиме с 1 кг СОВ составил 0,75 м3.

5. Разработана методика инженерного расчета биореактора с системой барботажного перемешивания позволяющая производить расчеты его конструктивно-технологических параметров.

6. Разработана технологическая линия по ускоренной анаэробной переработке органических отходов животноводства, с применением вертикального биореактора с барботажным перемешивающим устройством, основные принципы которой и ее конструктивного исполнения защищены патентом РФ.

7. Результаты производственных испытаний системы переработки органических отходов животноводческого комплекса КРС ОАО «Тепличное» Республики Марий Эл, подтвердили ее работоспособность при применении биореактора с барботажным перемешиванием Годовой экономический эффект по приведенным затратам — 181,1 тыс. руб, срок окупаемости - 1,4 года.

Рекомендации

1. Для ускорения процесса анаэробной переработки органических отходов животноводства рекомендуется использовать метод интенсификации процесса сбраживания - барботажное перемешивание, позволяющий свести к минимуму температурную неоднородность и отводить ингибирующие продукты жизнедеятельности бактерий.

2. При проектировании биореакторов анаэробной переработки органических отходов животноводства рекомендуется методика инженерного расчета конструкции биореактора с системой барботажного перемешивания.

1. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский и др. 2-е изд., перер. и доп. - М,: Наука, 1976. - 280 с.

2. Алексеев, Г.Н. Общая теплотехника: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1980. - 552 с, ил.

3. Алексовский, В.В. Физико-химические методы анализа / Алексовский В.В., Бардин В.В. и др. Л.: Химия, 1988. С. 176-217.

4. Алёшкин, В.Р. Механизация животноводства. 2-е издание переработанное и дополненное / В.Р. Алёшкин, П.М. Рошин М.: Колос, 1993 -319 с.

5. Анаэробная биологическая обработка сточных вод/ Тезисы докладов участников республиканской научно-технической конференции 15-17 ноября 1988г. / Кишинев, 1988г.

6. Андрюхин, Т.Я. Опыт анаэробного сбраживания птичьего помета при различных температурных режимах / Т.Я. Андрюхин, , B.C. Буренков -Тезисы докладов совещания «Биогаз-87». —Рига, 1987, С.

7. Аэров М.Э. Гидравлические и тепловые основы аппаратов со стационарным и кипящим слоем / М.Э. Аэров, О.М. Тодес. -Л.:Химия, 1968. -560с.

8. Баадер, В. Биогаз. Теория и практика / В. Баадер, Е. Доне, М. Бренндерфер — (Пер. с нем. и предисловие М-И .Серебряного,) — М.: Колос, 1982,- 148 е., ил.

9. Бакулов, И.А. Обеззараживание навозных стоков в условиях промышленного животноводства / Бакулов И.А., Кокурин В.А., Котляров В.М. М.: Росагропромиздат, 1988. 125 с.

10. Бейтс, Р. Определение рН теория и практика / пер. с нем. Б.П. Никольского. Л.: Химия, 1972. 398 с.

11. Бесподстилочный навоз и его использование для удобрения,134

12. Предислов. и пер. с нем. П.Я. Семенова. М., Колос, 1973.

13. Биотехнология сельскому хозяйству / А.Г. Лобанок, М.В. Залашко, Н.И. Анисимова и др., Под ред. А.Г. Лобапка. - Мн.: Урожай, 1988.-199 с.

14. Биотехнология: Учеб. пособие для вузов. В 8 кн./ Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова. Кн. 1: Проблемы и перспективы/ Н.С. Егоров, A.B. Олескин, В.Д. Самуилов. М.: Наук, думка, 1989.- 152 е., ил.

15. Богданов П.В. Система подогрева жидкого свиного навоза в технологиях анаэробного сбраживания / автореф. канд.техн.наук. -М., 1990.

16. Брагинец, Н.В. Курсовое и дипломное проектирование по механизации животноводства / Н.В. Брагинец, Д.А. Палишкин. — 3 изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1991.— 191 с.

17. Броунштейн, Б.И. Гидродинамика, массо и теплообмен в дисперсных системах / Б.И. Броунштейн, Г.А. Фишбейн - Л.: Химия, 1977. - 280 с, ил.

18. Броунштейн, Б.И. Гидродинамика, массо и теплообмен в колонных аппаратах / Б.И. Броунштейн, В.В. Щеголев - Л.: Химия, 1988.

19. Буевич Ю.А. ПМТФ. 1966. №3.

20. Варламов Т.П. Механизация удаления и использования навоза. М.: Колос, 1969.

21. Васенин И.М. Динамика упругих и твердых тел, взаимодействующих с жидкостью: сборник научных трудов / И.М. Васенин, О.Б. Сидонский, Шрагер Г.Р. -Томск: Томский университет, 1972. С295-298.

22. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки данных. М.: Колос, 1973.— 199 с, ил.

23. Виестур, У.Э. Биотехнология: Биологические аспекты, технология, аппаратура / У.Э. Виестур, И.А. Шмите, A.B. Жилевич. — Рига: Зинатне, 1987. — 263 с.

24. Виестур, У.Э. Системы ферментации / У.Э. Виестур, А.М. Кузнецов, В.В. Савенков. —Рига: Зинатне, 1936. 174 с.

25. Власьевский, В.В. Гидродинамические закономерности потока вустановке метанового сбраживания / В.В. Власьевский, В.К. Евтеев, В.Ю. Просвирнин, Тезисы докладов совещании «Биогаз-87». - Рига, 1987. - С.32.

26. Вознесенский, В. А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. — М.: Статистика, 1974. -192 с.

27. Волков П.К. // Численные методы механики сплошной среды. Новосибирск. 1982. Т. 13. №1. С.44-55.

28. Ворошилов, Ю.И. Животноводческие комплексы и охрана окружающей среды / Ю.И. Ворошилов, С.Д. Дурдыбаев, JI.H. Ербанова и др. — М.: Агропромиздат, 1991.-107 с.

29. Гребецик, В.И. Интенсификация процесса метанового брожения птичьего помета / Гребецик, В.И., Марченко В.И. Тезисы докладов совещания «Биогаз -87» -Рига, 1987. - С.34.

30. Гриднев П.И. Исследование процесса и обоснование параметров технологического оборудования для анаэробного сбраживания навоза крупнорогатого скота/автореф.канд.техн.наук.-М., 1982. 23 с.

31. Гюнтер Л.И. Метантенки / Л.И. Гюнтер, JI.JL Гольдфраб М.: Стройиздат, 1991. — 128 с, ил.

32. Дмитриева, В.И. Использование стоков животноводческих комплексов / Дмитриева В.И., Никитин В.А., Поленина В.А. М.: Россельхозиздат, 1977. 62 с.

33. Долгов B.C. Гигиена уборки и утилизации навоза. — М.: Россельхозиздат, 1984. 175 е., ил.

34. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований. — М.: Агропромиздат, 1983. -351с.

35. Драганов, Б.Х. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве / Б.Х. Драганов, и др. — М.: Агромромиздат, 1990. — 463 с, ил.

36. Дрейпер Н. Прикладной регрессионный анализ: В 2-х кн. Кн. 2 / Н. Дрейпер, Г. Смит. Пер. с англ. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и136статистика, 1987,-351 с, ил.

37. Дубровский, B.C. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов / B.C. Дубровский, У.Э. Виестур. Рига: Зинатне, 1988, —204 с.

38. Евтеев, В.К. Оценка биогаза как топлива / Пути повышения эффективности электротепловых процессов в сельскохозяйственном производстве Восточной Сибири: Сб. науч. трудов Иркутск: ИСХИ, 1989. — С.36.40.

39. Жильцова O.A. Обобщенное критериальное уравнение для всплытия пузырей в жидкости / O.A. Жильцова, Трусов С.А., Н.В. Тябин -Реология, процессы и аппараты химической технологии. Сб. науч. тр./ ВолгГТУ. -Волгоград, 1996 г. С.27-30.

40. Захаров, A.A. Применение теплоты в сельском хозяйстве. 3-е изд., перераб. и доп. —М.: Агропромиздат, 1986. - 288 с, ил.

41. Зигмунд Ф.Ф. Изучение эффективности перемешивания механическими мешалками в условиях теплового импульса. / Труды КХТИ. -1962.-Вып.30. -С.329-340.

42. Инновационное развитие мирового сельскохозяйственного машиностроения (По материалам Международной выставки «Agritechnica 2005»): Научный обзор. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006, 180 с.

43. Исаченко В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, A.C. Сукомель //-М.: Энергоиздат, 1981. 416с.

44. Калюжный, C.B. Биогаз: проблемы и решения / C.B. Калюжный, А.Е. Пузанков, С.Д. Варфоломеев Биотехнология Т.21. — М., 1988. - 180 с.

45. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / -М.:Росхимизда. 1961, -832с.

46. Кафаров B.B. Перемешивание на микро- и макроуровнях в процессе ферментации / В.В. Кафаров и др. -М., 1974.-157с.

47. Кафаров, В.В. Основы массопередачи. Изд. 2-е, перераб, и доп. Учебное пособие для вузов. М.; Высшая школа, 1972. -496 с.

48. Келов, К.Н. Получение биогаза из верблюжьего и конского навоза / К.Н. Келов, В.Р. Байрамов, JI.B. Кашанов Тезисы докладов совещания «Биогаз-87». — Рига, 1987. - С. 59.

49. Келов, К.Н. Получение биогаза из птичьего помета при различных влажностях субстрата / К.Н. Келов, М.Г. Чопанов. Тезисы докладов совещания «Биогаз-87». - Рига, 1987. - С. 60.

50. Кирюшатов, А.И. Использование нетрадиционных возобновляющихся источников энергии в сельскохозяйственном производстве. М.: Агро-промиздат, 1991. 96 с.

51. Ковалев, A.A. Анаэробная переработка твердого навоза с рециркуляцией жидкой фракции сброженного осадка / Ковалев A.A., Т.П. Марсагишвили Тезисы докладов республиканской конференции. — Кишинев, 1988. —С. 30-32.

52. Ковалев, A.A. Результаты исследований экспериментальной биогазовой установки / A.A. Ковалев, В.П. Лосяков Мех. и эл. с/х-ва. — 1987--№11 - С. 60-62.

53. Ковалев, A.A. Технологии и технико-энергетическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза животноводческих ферм / автореф. док.техн.наук.-М., 1998г.-40с.

54. Ковалев, Д.А. Совершенствование технологии очистки навозных стоков свинокомплексов / автореф. док.техн.наук.-М.,2004. -32с.

55. Коваленко, В.П. Механизация обработки бесподстилочного навоза. М.; Колос, 1984. - 159 е., ил.

56. Крепис И.Б. Фабрика топлива и удобрений / -М:3нания, 1963, -71с.

57. Кутателадзе С.С. Гидродинамика газожидкостных систем / С.С. Кутателадзе, М.А. Старикович. —М.: Энергия, 1976. 296 с.

58. Лер, Р. Переработка и использование сельскохозяйственных отходов / Пер с англ. В. В. Новикова; Под ред. и с предисл. А.Н. Шимко. — М.: Колос, 1979. -415с.

59. Лукьяненков, И.И. Перспективные системы утилизации навоза (в хозяйствах Нечерноземья). М.: Россельхозиздат, 1985 - 176 е., ил.

60. Лукьяненков, И.И. Приготовление и использование органических удобрений. М.: Колос, 1982. 207 с.

61. Маринин В. Д. Проблемы использования биоэнергетических установок для очистки животноводческих стоков / Автореф.док.техн.наук. -М. 1992.-40с.

62. Маринин В.Д. Современные принципы утилизации навоза / Маринин В.Д., Пацкалев А.Ф. / Механизация и электрификация, 1990. №4. С. 22-23.

63. Марченко В.И. Обоснование параметров и режимов интенсификации процесса анаэробного сбраживания помета / автореф. канд.техн.наук. -Ставрополь, 1996. 20с.

64. Марченко, В.И. Фактор интенсификации процесса анаэробного сбраживания помета / Тезисы докладов республиканской конференции. — Кишинев, 1988.-С52.

65. Мельников, C.B. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / C.B. Мельников, В.Р.Алешкин, П.М. Рощин.- 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Колос, Ленинградское отд-ие 1980. - 168 е., ил.

66. Мельников, C.B. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов. 2-е издание переработанное и дополненное. — Л.: Агропромиздат, Ленинградский отдел, 1985 640 с.

67. Методические рекомендации по проектированию систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и утилизации навоза и помёта. М.: Колос-1983.

68. Механизация и технология производства продукции животноводства. / В.Г. Коба, П.В. Брагинен, Д.Н. Мурусидзе, В.Ф. Пеирешевич.

69. М.: Колос, 2000 528 с. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений.

70. Механизация уборки и утилизации навоза / В.М. Новиков, В.В. Игнатова, Ф.Ф. Костанди и др. М.: Колос, 1982, - 285 с, ил.

71. Михеев, М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева М.: Энергия, 1977. - 344 с.

72. Муромцев, Г.С. Сельскохозяйственная биотехнология: Состояние, перспективы развития. — Международный сельскохозяйственный журнал, 1986. №3.-С. 56-61.

73. Нефедов А.П. Сравнение эффективности разностных схем для пространственной задачи о движении вязкой жидкости / Газовая динамика -Томск. 1977. с 83-88.

74. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.1 -М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит. 1987.

75. Овсяников Л.В. / Некоторые проблемы математики и механики. Л., 1970. С.209-222.

76. Определение показателей качества моторных масел: методические указания к выполнению лабораторных работ / Г.М. Гаджиев, В.Ю. Прохоров, В.Б. Неклюдов, Д.В. Костромин. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008. -48с.

77. Паников Н.С. Кинетика роста микроорганизмов. Общие закономерности и экологические приложения / -М.: Наука, 1991. -309 с.

78. Панцхава, Е.С. Биогазовые технологии и решение проблем биомассы и «парникового эффекта» в России / Панцхава Е.С., Пожарнов В. А. и др. / Теплоэнергетика, 1999. №2. С. 30-39.

79. Панцхава, Е.С. Биомасса — реальный источник коммерческих топлив и энергии. 4.1. Мировой опыт / Панцхава Е.С., Кошкин Н.Л., Пожарнов В.А. / Теплоэнергетика, 2001. №2. С. 21-25.

80. Панцхава, Е.С. Твердофазная метаногенераниявысококонцентрированных отходов сельскохозяйственного производства и городов / Тезисы докладов республиканской конференции. — Кишинев, 1988. -С. 5-9.

81. Панцхава, Е.С. Техническая биоэнергетика // Новое в жизни, науке, технике. Сер. Техника. М.: Знание, 1990, №12. 64 с.

82. Париков, Н.Н Теплотехника. Учеб. Для вузов. -3-е изд. перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1985. —432 с, ил.

83. Патент на полезную модель № 65048, Устройство для перемешивания субстрата для анаэробных биореакторных комплексов. /Д.В. Костромин, Ю.Н. Сидыганов, A.B. Канарский, Д.Н. Шамшуров.

84. Письменов, В.Н. Получение и использование бесподстилочного навоза. М.: Росагропромиздат, 1988. - 206 е., ил.

85. Протодьяконов О.И. Гидродинамика и массообмен в диспергированных системах газ-жидкость / О.И. Протодьяконов C.B. Ульянов. -Л. 1986.

86. Протодьяконов О.И. Гидродинамика и массообмен в системах газ-жидкость / О.И. Протодьяконов И.Е. Люблинская. -Л. 1990.

87. Пузанков, А.Г. Метод биологической обработки сельскохозяйственных отходов / Мех. и эл. сельского хозяйства, 1987 -№11-с 56-57.

88. Пузанков, А.Г. Обеззараживание стоков животноводческих комплексов / Пузанков А.Г., Мхитарян Г.А., Гришаев И.Д. М.: Агропромиздат, 1986. 175 е., ил.

89. Рамм, В. М. Абсорбция газов, Москва, "Химия", 1976

90. Романов, Е.М. Лесные культуры. Производство и применение нетрадиционных органических удобрений в лесных питомниках / Е.М Романов, Т.В. Нуреева, Д.И. Мухортов. -Йошкар-Ола:МарГТУ, 2001. -156с.

91. Рудик, В.Ф. Биоконверсия отходов животноводства / Рудик В.Ф., Ротару С.П. / Тезисы докладов республиканской конференции. Кишинев, 1988. - С. 25-29.

92. Руководящий документ. Испытание сельскохозяйственной техники. Установки для метанового сбраживания навоза. Программа и методы испытаний. РД 10.20.1 87, - 1987. - 217 с.

93. Рыскин Г.М. Автореф. канд. дисс. ЛПИ им.Калинина. 1976.

94. Сафонов, В.В. Механизация водоснабжения, поения и очистки помещений на животноводческих комплексах. / Сафонов В.В., Рыбалко А.И. Учеб. пособие для сред. сел. проф.-техн. училищ. М.: Высш. школа, 1981.-94 е., ил.

95. Сидоренко, О.Д. Биологические технологии утилизации отходов животноводства / Сидоренко О.Д., Черданцев Е.В. М.: Изд-во МСХА, 2001. -75 с.

96. Сидыганов, Ю.Н. Анаэробная переработка отходов для получения биогаза/ Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров, Д.В. Костромин — Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. №6. 1-44. стр. 42-43.

97. Сидыганов, Ю.Н. Обеспечение режимов работы экспериментального газоразделительного комплекса / Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров, Р.В. Яблонский Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. №1. 1-36. стр. 30-31.

98. Сидыганов, Ю.Н. Оборудование и технология проведения исследований процесса анаэробного сбраживания навоза / Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. №7. 1-36 стр. 2-5.

99. Сидыганов, Ю.Н. Особенности обеспечения биогазом агропромышленного комплекса Республики Марий Эл / Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. №6. 132. стр. 2-4.

100. Сидыганов, Ю.Н. Результаты экспериментальных исследований биогазовой установки с системой барботажного перемешивания / Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров, Д.В. Костромин

101. Симуни Л.М. // Изв. СО АН СССР, 1967. вып.2. №8. С.23-26.

102. Стенк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками / -Л.:Химия., 1975.-384 с.

103. ИЗ. Сурнин, В.И. Использование жидкого навоза. -М.: Россельхозиздат, 1978.-64 с. ил.

104. Тенденции развития сельскохозяйственной техники (По материалам 7-й международной выставки «Золотая осень»): Науч. ан. обзор. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. - 164 с.

105. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Под общ. ред. чл. корр. РАН А.В.Клименко и144проф. В.М.Зорина. 3-е изд., перераб. и доп. —М.: Издательство МЭИ, 2001. -564 е., ил.

106. Тепло и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник/ Е.В. Аметистов, В.А. Григорьев, Б.Т. Емцов и др.; Под общ. ред.

107. B.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. - 512 е., ил.

108. Теплотехника: Учеб. для вузов / А.П.Баскаков, Б.В. Берг, O.K. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. -2-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1991.-224с., ил.

109. Теплотехника: Учеб. для вузов / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и др; Под ред. В.Н. Луканина. 3-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2002. -671 е., ил.

110. Тур A.A. Научные основы расчета основных и вспомогательных барботажных реакторов технологических блоков / автореф. док.техн.наук. Ангарск, 2006. 40с.

111. Унгуряну, Д.В. Интенсификация процесса анаэробной биологической очистки животноводческих сточных вод / Унгуряну Д.В., Ионец И.Г., Санду М.А., Лозон P.M. / Тезисы докладов республиканской конференции. Кишинев, 1988. - С. 40-44.

112. Унгуряну, Д.В. К вопросу анаэробной биологической очистки сточных вод свиноводческих комплексов / Унгуряну Д.В., Ионец И.Г., Чеботарева А.Г., Фуртунэ А.Г. / Тезисы докладов республиканской конференции. — Кишинев, 1988. С. 44 - 48.

113. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М.: Изд-во Мир, 1972.1. C.269-310.

114. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, H.A. Бабушкина, A.M. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. - С. 214.

115. Форстер, К.Ф. Экологическая биотехнология / Форстер К.Ф., Вейз Дж. Д.А. Пер. с англ. Д.А. Дымшица. Л,: Химия, 1990, 375 с.

116. Форстер, Э. Методы корреляционного и регрессионного анализа:145

117. Руководство для экономистов / Фёрстер Э., Рёнц Б. Пер. с нем. и предисл. В.М. Ивановой. — М.: Финансы и статистика, 1983 302 е., ил.

118. Фурсова П.В. Математическое моделирование в экологии сообществ. Обзор литературы // П.В. Фурсова, А.П. Левич Проблемы окружающей среды (обзорная информация ВИНИТИ), .№ 9, 2002.

119. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов/ -М., 1962. -184с.

120. Шкуридин, В.Г. Эксергетический анализ энергетической эффективности биогазовых установок / Тезисы докладов совещания «Биогаз -87». Рига, 1987.-С. 106.

121. Экологическая биотехнология; Пер. с англ./ Под. ред. К.Ф. Форстера, Д.А. Дж.Вейза. Д.: Химия, 1990. - Пер. изд.: Великобритания, 1987. - 384с.:ил.

122. Bhide, В. D. Hybrid processes for the removal of acid gases from natural gas/ B. D. Bhide, A. Voskericyan, S.A Stern // J. of Mem. Sci., 140, 1998, 27, Elseveir.

123. Coelhoso, M. Transport mechanisms and modeling in liquid membrane contactors / M. Coelhoso, M. M. Cardoso, R. M. C. Viegas, J. P. S. G. Grespo // Sep. and Purif. Tech, 19, 2000, 183

124. Devidson J.F. Trans. Inst. Chem. / J.F. Devidson, B.O.G. Schuler // Engrs, 38. P.144-154. P.335-342.

125. Feron, P. CO2 separation with polyolefin membrane contactors and dedicated absorption liquids: performances and prospects / P. Feron, A. Jansen // Sep. and Purif. Tech., vol 27, 2002, 231-242, Elsevier.

126. Gaddis E.S, // Chem. Engng. Sci. 1986. V.41.

127. Grece J.R. // Trans. Inst. Chem. Engrs. 1976. V.51. №3.

128. Kawaguti M//Rept. Inst. Sci., 1948. V.2. №516. P.56-71.

129. Kumar R. Ill Adv. Chem. Eng. 1970. V8.

130. Leclair B.P. Ind. Eng. Chem. Fundam., 1968, V.7. №4.

131. Peebles F.N. Chem. Eng. Progr.,49 / F.N. Peebles, H.J. Garber 1953.1. P.88-97.

132. Reyleigh // Phil. Mag. (6). 1917. Vol. 34. P.94-99.

133. Taylor T.D. Fluid Mech. / T.D. Taylor, A.Acrivos. 1964. V.18. P.466476.

134. Waslo S. Chem. Eng. Sci. / S. Waslo., B. Gal-OR. 1971. V.26. №6.

135. Yamagiwa, K. Removal of dissolved oxygen using non-porous hollow-fiber membranes / K. Yamagiwa, M. Tamura, M. Furusawa // J. of Mem. Sci., 145, 1998, 111, Elseveir.