автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Использование методов электротехнологии для повышения эффективности анаэробного сбраживания куриного помета

МОСКОВСКИЙ ОРДШ ТРУЯОВОГО КРА'&а'О дам ШСГШТ ИНЖЕНЕРОВ СВДЯШШЯ2С1ВДЕ0Г0 ИРОПЁЬОДиТВА ;аени В.И.Горятоша

На правах руксшгси

Ш&РАХИАОБ АСКАР АХРАПОВМ

УДК 615:614,4!?: 613.22.013

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ йЛЕКТРОТйХИШСТЙ1 ДЛЯ ПОВШШШЙ Э^ЖчТЛБНОСГй А1-1АЭРОШОГО СЕРАЖЗАРМ КУРШЮГО ПШЗТЛ

Спентаапьнос'гь 05.80.02 - Электрах икагпм очльскохо- .

гдлслен'н'ого. произродства

05.20,01 - Механизация сольсготхозя^о-тоеи-

ного производства

АВТОРЕ Ф Е ? А. 7

дЕсс-зртш-ши па соиокакие ученой отепляй кандидата технических наук

Москва 199?

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративном институте

- академик РАСХН, доктор технических наук, профессор Прицеп Д.Г.

- доктор технических наук., профессор Базаров Е.И. . '

- доктор сельскохозяйственна: наук, профоооор Мурусидзе Д.Н;

- Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексных п'ройлем для

• животноводства и кормопроизводства

(шо внииксш) • ■

Защита состоится № 1992 г. Б чаооб на

заседании Снециалдзиро'аанвогс совета I'.„120.12.02 Московского ордена Трудового Красного Зяамени института инженеров сельскохозяйственного производства имени В.Я.Горячкина шо адреоу: Моста, ул. Тимирязевская, Д. 58. '

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке ■института.

Автореферат разослаг.

ЬеЯ 1992 т»

Отзывы на автореферат ( в 2-х экземплярах )„ заверенные печатью, прост направлять по адресу : 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., дом 58, ШМСП, Учений совет.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

профессор А.п.фомепков

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

ОИДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЮТИ

Актуальность работы. В современном отечественном и зарубежном ютиоиодстЕе и птицеводстве ра-чвипаптся новые ааппая.пеиия по соз-шю безотходного производства г; высоким уровнем спне.тярнс-петзри-зной обеспеченности. Одаим из гаки*' направления является анаэроб-з сбпа*ипанив огганосодержащих отходов. В процессе переработки от-тон s анаэгобкмх ^/плозиях сея ко уменьшается ноприлттгй --lanav, гиб-р гельминты и болезнетворные ^жсооггани.чмм, более чем в десять паз ?личивается скорость пазло^ег.ия органического вещества, >/ow:o побить яначкч ельнУю дополнительную энергию - биогаз, калорийностью )0О кД* /5500 икчл/ на нопмалкнмй кубометр. При этом сброженная lie гэнтенках масса является обез-эараченнмм вь'чотояачественным орга-удсбоени.ем, более ценным ,чем снсой навоя или помет.

Однако, сущесту-ощие на сегодняшний день технологические линии переработке ооганссоцеотащих лельскочозчйственнч* отходов облада-эядом существенных недостатков, .ограни'-инапцих широкое распрострете данной бкотехнологии. Большие объемы ехедне^ных отодов о вн-ким содеотанием влаги - до 95 низкая г»рои:зводи'; ¿ льность биокон-рсии требую1'' больших емкостей метннтенков, хранилищ, что влачет гза бой рост удельных капвложении, увеличивает расход онергии на собст-ннмэ ну*дн. Использование Ймзическкх, механических, химических кедов для повышения э!Ме<:тиБНогти анаэробного сбражиггошя позволит еличить скорость госта микроорганиг-мов к рьтход биогаза, снизить сплудтаиионнне затраты, повысить производительность установок, нако противоречивость и низкая повторяемость результатов экспери-нтов -затрудняет вмбоо режимных параметров, средств и методов для вьпления эффективное!и процесса.

С пйльэт широкого внедрения метода анаэробного сбраживания -от-дов сельскохозяйственного производства необходимо проведение: тео-тических и экс!:е,1и«штальнь>» исследований, направленных на изыока-е попмояимх путы попьтаения 0'<Мч:к,гивн0"Ти 'процесса- и обоснование .гауетроз технологического обор.yn-ваиия производства вчсококачест-•нных органических удобпени''». и v.orans. на энерго-иче.жие нуяды.

Исследования, полочзнкне в основу диггер .ационной работ»-, вы-1лнен1.! р геиение (С'В7...Т99т г.г. на i.-а^ядре Эляктюотехники, зле;;т-i'bii-ri;тик и атгом.чтияярии ГЖ М.'оковск го гидпсмрлиош 'нвного игглт'и->та и на Ок"я''рьской птицела^оико- Глгбовскогт, J1JD Московской об-

ICTK. •

JV^i._и^^лщи^исс.^лованин. Цель»-; таботн ¡>°лп<*?пя папсэботка

мчтгрг. %я»т иог-г«пвч(ш »^VKntmiTm инп^пСиопо "бм^илаяйя оргяни-

ческиг отводов птицеводческого хозяйства, а также разработка технологических приемов и технически* средств для ее осуществления.

Дня достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:

1. Провести анализ технологий'и методов повышения эффективное! анаэробного сбраживания орган о содержащих: отводов.

2. Оценить влияние основных параметров процесса сбраживания не •техниго-экономические показатели таботы биогумусногаэовой установка /БГТУ/. _ ' ' .

3. Установяч'ь влияние олег ро^и.сических факторов на процесс анаэробного сбраживания помета кур.'

4. Обосновать выбор параметров гоздействия и селимы используемых методов электротгхнологш для повышения э^фактивн- сти анаэробного сбраживания.

5. Выявить технологические, ^конструкционные особенности техни ческих средств для реализации методов электротехнологии в производс г.ечнь,условиях.

6. Определить технико-экономические показатели предложенных методов.

Научная новизна. В настоящей работе проведены исследования по использованию методов повышения е'№ективнсоги технологического процесса анаэробного сбраживания помета кур. Разработана иммитационнал математическая, модель рециркуляционной системы сбраживания, устанав ливающая зависимость накопления зольных веществ г сбраживаемой в не тантенке массе. Предложен и исследован способ магнигогидродинамичес кой обработки сбраживаемой массы, актизипирующий жизнедеятельность микроорганизмов, позьташций выход биогаза ( Положительное решение ВНИЩ1Э >5 4794725/15 о вццаче патента па укапанный способ). Раэрабо тан и такке исследован способ електро&изическоИ фиксации в метан-тенке м;'киоорганиэмов, участвующих в процессе сбраживания органичес веществ, на основе которого разработан биореактор ( Пало*и^ельное прение ВШОТПЭ V 476643.7/13 о'вцааке патента).

Осногнчс положения диссертационной работы,выносимые на защиту: 1. Математическая модель рециркуляционной системы анаэробного сбра-яивыия помета кур; 2. Технологические параметры воздействия и ре-».им!' используемых методов электротехнологии пля повуеккя э'(«$ектив-нс.:тп процесса; 3. Способы повизения эффективности конструкции татр боданных технических средств.

Практическая ценность. Использование результатов газсаботанноя математической мрдсли позволяет определять оптимальные пасаме-ры »'ртантснког на стадии г,..'6ектнрования, а такке пиогк ^'«ипвать дина-

ику накопления зольных веществ при рециркуляционной системе г. tipa-ивания органосодержащих отводов.

Выбор технологических параметров воздействия и режимов ислоль- • уемы* методов для повышения эффективности процесса позволяет Ki«n-ексно решать биологические, технические, экологические и зкономи-еские вопросы использования БГГУ для переработки отводов птицевод-еского хозяйства.

Экономически^ эЛфект ор внедрен и;; методов г. ;йШ'ения э^-еь-тир-нос.-• •и на биогуыусчогаасвой л'станопке но иереработге 150 тонн ь сутки :омета кур составит 22,9iJ тыо. рублей ( в ценах CJC г.)в год.

Апробация patio tí,). Оеноьные положения и результаты исследований ¡OK-дадывались на говещёпии по технической биоэнергетике 'Тиогад-В?"

г.Рига, J987), научно-те-ашчееких конференциях 1ЯШ (1/ог>киа,Т%0___

:99-)), Всесоюзной научно-прак-гическоп 'конференции "Н&\чнс-те<ничес~ сий прогресс в агропромышленном'комплексе" (г.Киев, ¡Otli), сабоче»л ювещании объединенного научного Совета ГНИ'Г СССР и АН СССР " Нетрадиционная ¡энергия" (г.Сунн, 1V9!)),

Реализация результатов и их внедрение. pa.'ioa'joTünnijc- методы 1ля повышения эффективности анаэробного с-^ракшзакяя помета кур внедрены на экспериментальной установке по переработке ]•> тонн помета з сутки Октябрьской птицефабрики Глебовского ИГО Мог:конской области, «пользуются при проецировании орытно-прэмкпл : mol биогумуснсгаю-зой установки по переработке Т50 чонн помета в сутки Ок'.'яо'рьской чтицефабрики.

Технологическая линия БГГУ экспонировалась на ВДПл СССР в 1590 году, разработка награждена оеребцянной медалью ДДПХ СССР.

0&1, м работ». Ди с геоатццонна 4 па б ста иэлочена на L©3' огранила* основного машинописного текста, проиллюг-тшроваиа 51 скупками, гоцвркаг 11 таблиц, состоит иг. ¿ведении, «еткреч глав, общи* выводов, списка .использованной лшоратуьн, РКЛ;очаетце1'о168 нлимеко-вани-л ».приложений.

- СОДЕРЖАНИЕ -РАШТИ В лепвой главе приводятся харе.стеристика, свойства t и энергетическая оценка куриного помета, его значение в сельскохозяйственных и природоохранных- технология* • Приводится анализ технологий и методов повышения ЫМоктивности анаэробного сбраживания. Рассмотрены основные факторы, влияющие на процесс сбраживания, а такяе оттенка использования электрофизических факторов для повышения эффек- ; тивности процесса. ' j

■ В настоящее впемя в сшт1 интенсификации земледелия, концентрации тапогноводгтна и птицеводства,отрицательное воздействие их от- ■

ходов иа природу многократно усиливается. Нерациональное использование отходов слукит мотсчшком з&рплзнения почви, води, атмосферного воздуха, нарушает экологические связи г природе.

Сельсхо\*озяП( твенн>.'е отходы состоят в основном из отходов животноводстве и птицеводства, остатков и отводов пастениэводства, отходом теплиц и др. Значительная доля отходор содержит более 15 % сух«V вещеегв. Например, натлвнне отходы крупного рогатого скота подержат 15. ..23 % сухих веществ, лошадей - 30,..40 %, свинеИ - ИО 2.8 % , мелкого рогатого скота - 30..„С") домашней птйць' - 15... 30 солома злаковых - 85 7.

Вместе с 'том высокий энергетически!! потенциал органических отходов и биологическая их ценность в качестве э<Мективннх удобрений дает полное основание расомагсивать их как существенные биоэнерге-''■иччекие ресурсы.

3 одной тонне сырого помета, влажностью 70...75 % содержится 300...2&! кг сухого вещества. Знергия сгорания такого количества сухого Бв^естаа составляет 450548. . .55^6576 кД'.т, что эквивалентно 157 ...ЛМ, 6 кг условного топлива. Однако извлечение этой' анергии из влчвдого помета методом прямого сгорания невозможно.

Наибольшей перспективой обладает процесс анаэробного сбраживания отводов, позволяющий поаучагь высококачественные удобрения и биогаз 1!з влажной массы. Однако, большие капвложения, недостаточная о^фектизноегь существукк.л-'- технологических линий требует совершенст вопания технологий анаэробного ебтживания, ставит задачу повышения эфФектг'ЕНОсти процесса. Увеличение производительности биооеактооа, уменьшение онергоэатг т на гюбетленнке иуиды попзолит сократить объемы емкостей метаитенков и хсанилищ, снизить эксплуатационные затраты и капитальные вложения.

На основе изучения известных положений о уе^анизме анязгюбнего с.бтаживвния, анализа технических и технологически решений,за основ технологического процесса отсаживания на.мк бкла принята предложение Т.Н. Лндрмхичым рецнгжуллрионкая система сбраживания, разработана псинцкгг.галькая технологическая схема биогчмугногаторой установки, показанная на рис.Т.

В настоящее время наблюдается тенденция к поиску норну средств интенсификации процесса енгл^обмой мйкиойиологичпскоП 'петесаботки. Использование влияния энергетических к шЯюрыаиионнчх Факторов на микроорганизмы, их кизн ©деятельность, является одним из ме-тдев элек' роте <н о логик. Так как большинство Лнаическмх йактиров внеоней ср-.пм в том число электромагниты 1,е поля,несомненно игрот роль п эволздии к ив ой природы, накапливается все больше достовеппгх данных о спет!-

Рис, Т. Технологическая схема биогум.усногазовой установки: I - навозопровод; 2 - измельчитель; 3 - приемник'-гмееитель; 4 - насос; 5 - теплообменник; 6 - меган-■генк; 7 - газгольдер; 8 - бак сброженной массы; 9 - насос; 10 - бак Аугата /рециркулят/; II - центрифуга с баком; 12 - транспортер; 13 - камера переключения; 14 - хранилище жидкого удобрения; 15 - хранилище сыпучего удобрения; 16 - погрузчик; 17 - трасп-порт; 18 - гидрозатпор; 19 - газоочиститель; 20 -фильтр;. 21 - газовый счетчик; 22— котел; 23 - насос 24 - теплообменник; 25 - насос; '

фическом действии электромагнитные полей, о чрезвычайно высокой чувствительности к электромашитиш полям иивых организмов.

. . .Анализ особенностей воздействия электромагнитных полей нахпк-роорганизмм дает возможность попользовать их для управления жиэна- • деятельностью микроорганизме« участвующих в анаэробном сбраживании органосодерпациг отходоп. -

Вместе •?. тем отсутствие объективны' те-'нич№ких средств ^основанных на использовании методов яле»'Тйо'''ехиолс ии,требует проведения иселодонаниА и пдопаюткя наделят и эМек-гтвп«' приемов и гокстп'лций технических гпацглъ,

В ) р т о о о. /I г л а ч е р^зтобо-тна матомэ?ическа<т модель пециркуляцйшиой лкетеин анаэробного сбрачинаняя почета кур, ппор'гцен» со иднп'ифишхпия и чинлечннЯ анализ. Проведен выбор рожами* интенсификации пролег га аийосэбногс >(5ра1«ква1Шя,ппи магнитогчд-пдина.'нмс^ком обработке» гбрачинармоЯ .!/ас:.-п)на основе' мюро^ак'.'оп-него зь' га . ,• ''

Микроорганизмы играют ключеву» роль в процессе пеоеработки отходов, определяя не только пути превращения веществ, но и скоро! образования продуктов реакции. Характер микробиологических процессов допускает феноменологическое описание их кинетики с помощью систем дифференциальных уравнений, переменными в которых выступаю' концентрации взаимодействующих веществ: субстратов, продуктов реа] ции, микроорганизмов.

Рециркуляционная система сбраживания имеет преимущество пере; прямоточной, заключающееся в обсеменения поступающего субстрата микроорганизмами, а за счет этого - увеличения их концентрации. ' Растет производительность биореактора, экономится вода. Однако,' имеется опасение, что многократное использование рецчркулята прив< дет 7с накопления неорганических веществ ( зольных веществ) в мете тёнках которые будут оказывать угнетающее воздействие на жизнедеятельность бактерий. Для оценки "накопления неорганических вешеств при рециркуляционной системе сбраживания на математической модели •были введены следующие допущения:' с

•-' количество отходов Ы , подлежащих переработке и содеркащз<

Г"» ■' ту

Ся в них количество сухих веществ С,., зольности £ ■ и органичес-

* V . V

кого вещества о р известны;

- отходы, разбавленные рециркулягом влажностью 98 %, подаются метантенк при влажности 93 %;

- степень распада органического вещества & в метантенке принимается равной 30 %\ ■

- одновременно при загрузке метаптенка свежей массой из него вытесняется такое же количество по объему сброженной массы.

Количество и параметры загружаемой массы, с учетом предварительного разбавления отходов рециркулягом определялись по формула*

где .М^С«-'-*) - количество загружаемой массы и репиркулята;

С^^)} " количество сухого вещества в загружаемой мае

со и рецкрууляте; .

" количество золы в загружаемого массе и рецир-

кул яте;

Вт10> -количество органического вездетва в загружа«

|й массе и рециркуляте, т; I - количество циклов. ) В основу для определения параметров рециркулята были полонены ¡зультаты двухлетних .исследования по разделении сброженной массы юэнергетичеекой установки Октябрьской птицефабрики, проведенные тместно о НИИ Химического машиностроения; было выявлено, что при юделении сброженной массы влажностью 95...96 % на центрифуге вы-)дит Фугат, влажностью 97,5...98 %, в котром содержится до 34,5 % ильных веществ от общего его количества в сброженной массе.

Количество сбраживаемой массы в начале цикла, после подачи зотей массы в метантенк,определялось по формулам:

Мн'О

С/я СО ^

¿н /0

це - количество обваливаемой п метантенке массы в конце

редвдущего цикла; '

' . Мс ~ количество вытесненной из метантенка при загруаке

броженной массы; ' •

[^'¿-4), рс (¿) - -количество сухого вещества соответственно в

~ Количество золы п 0к(<--1) и Сс (ч \ ~ количество органического вещества в (¡цС^)1* Сс Количество и параметры сбраживаемой масси в конце очередного ;икла определялись с учетом распавшегося количества 'органического

ещества которое определялось по формул«:

=

Анализ модели показал, что величина концентрации, зольных вещестг/ I том числе солей тякелнх металлов, при рециркуляционной системе ¡браживания стабилизируется, а процесс накопления происходит мод- -[енно. Медленное нарастание концентрации солэ|\ на наи взгляд фор-шрует штамны чикроорганизмов с активной тизнедеятельностьа при -)тих условиях. .

Воздействие ЭМН на ироиооо мнтекси^гкаачи сбгкшдашшя яеог'хо-хкмо рассматривать в • кохпле'. ке другими йюктоуами, екгапипяружкишн' < йнгибируюцичи яит'яодсятеяьног'гь шкрооцгшилмоа. '

Стнмулирующий grf*J>eKT от воздействия ЭМ11 зависит от величины скорости потока перемешивания, интенсивности ЭМП и физико-химичесм характеристик сбраясивгеыой массы. Стимулирующий эффект на процесс сбраживания но. результатам предварительнь'у экспериментов и анализе литературных данных проявляется при значениях индукции магнитного поля 25. ,.50 мТл, скорости потока 0,5....2,5 м/с и величины рН 7,6. ...Р,5. Из-за большого количества факторов^влияющих на процесс . интенсификации,провести выбор оптимальных режимов воздействия на ог.нг.(-ании теоретически*, исследований не представляется возможным. Для сокращения «"ела опытов и получения количественной оценки плия-■ чия отгельнис факторов, выбор режимов воздействия и параметров технические средств интенсификации проводился на основе многогкштор-ног'о эксперимента.

' Составлена математическая модель в виде полинома зависимости Еьгсода биагаза У от величины магнитной индукции Хр скорости гидравлического потока перемешивания Xg, и рН среды Xg:

У =.. 0,497+-0,045Х]+0,044Х2-0,0j£>X3-0,OOOSXjX^-O,OOBeX-jXg-O.OIXgXg

Анализ результатов шогофакторного эксперимента показывает, чт наиболее значимыми факторами являю- я величина магнитной индукции в зазоре магнитного аппарата, а также величина скорости гидраг.и-чес.кого потока обрабатываемого субстрата, характеризующего дозу электромагнитной обработки. Величина рН р выбранном диапазоне при незначительных изменениях проявляет корреляционную связь с изменением скорости потока и величины магнитной индукции. Таким образом, перечисленные векторы и выбранные интервалы были приняты за основу hdii разработке технологических, приемов л технических средств интенсификации процесса анаэробного сбраквиания куриного помета.

Р. третьей главе изложена методика проведения экспериментов, обоснован ьибор конструкции и параметров !<!ГД стимулятора процесса анаэробного сбракинаняя, конструкции и параметров утроМстрл .электрофизической Фиксации микроорганизмов б метантенке.

Для экспяри'.'с'нтальногс подткеркдениг. пезультатов теоретически исследований, а такге для обоснования выбора параметров и отработки конг.гоууикй технических средств интенсификации процесса анвэпо'нпго гбт>а*ирания, были игполъровая'н лабораторные установки Ш!лотно1'е тина, параметры обновим узлов которчг соответствуют " Отг-я^лм,».' стандартам СССР ,'П)С7 10.20.1-87)'", а также СНиП Г(-3?-'74. Ore позволило использовать затем полученные результаты

промьлпленш« БГ'ГУ.подобного типа.

На рисунке 2 приведена технологическая схема лабораторной гендовий устйНовки для шшэрабНиГО сбрасывания органических отхо->в.

Лабораторий пппарат постоят и» метаргенка емкостью 0,5 м3, :тановленного в резервуаре с водой.йода подозревается электрово-энагревателем с непрерывным контролем и регулированием температу-у воды. Для загрузки и выгрузки метангенкя предусмотрены загсу-очный и внгрузочний тоубопроводн. Отобранный Для загрузки свежий, лакностью 75...76 $ помет предварительно разбавляется рециркуля-ом до влаиностн 92...93 %.

Воздействие электромагнитного поля на сбраяМййемкй субстрат существляется при пропускании через источник магнитного поля гидра*, ического потока сбраживаемого субстрата. Поэтому на одном из ла-ораторннх аппаратов был установлен блок интенсификации процесса наэробного сбракивания, представляющий собой гидравлическое пере-■вшивающее устройство, в контур которого устаноьлб)! магнитотрон. л рис.3 приведена технологическая схема .установки.

В качество источников постоянного уагнитного поля в магнитофон 6 используются никель-ксбалътовые цилиндрические магаитя, )азмерамй & '¡=25 мм, t =15 -30 мм. Использование .в конструкции «агнитсв с различной коврцетивной силой позволяет подбирать ве- :" 1ИчйНу марнйтцой индукции в'зазоре в пределах 2Ь - 60 и более Мтл.

Одним И» критерий6 оценки интенсивности процесса сбраживания является величша рН» Пси удовлетворительном протекания процесса збоакивания значение рН субстрэга' увеличивается до. 8,6...8,7. 3 дальнейшем происходит ингйбироЁание микроорганизмов продуктами четасолизма.Вместе с тем величина пН такте является однйм йм теоиеВоцянки влияния ¡¿ГД обработки на водио-диспсрснИё системы»

На рис. 4 ,прИведй»Ы зависимости Изменения рН от времени обработки при различных параметрах МГД обработки опрашиваемого в'метан -тенке объемов 0» 5 м3 птичьего пометь» , ' ■.

мТл'

2-Б-40 .чТл

. -Рве.4» Йздетивиаб рИ о'.1рад_и-вас-v.o'.1 месс',.; от греь-.енз -оо~ jxr'OTJu(ppv. i:03."5i4hik: пг-.рй-.1'' ?лс?рдх МГД о'р-к;С:-к--). ■

10. 20 \ 30 'АО 50, 60 70 ' 90' S3

-IP-

Pec. 2. Технологическая схема лабораторной стендовой

установки : I - регулятор температуры; 2-электро водонагреватель; З-тарэдзгр; ^загрузочная труба; 5-газообор?;ш:1 б-пщгрузйья 7~wvs.n- ' тенк; 8-водяиад бшм} Э-тдометр; Ю-газорровод; 11-газгольдер; 12~наполНйТеяь газгольдера.

Рис. 3, Технологическая о:ема акопсриыентгиьпой лабораторией йтгндовой установки для исследования ,'иГД обработки ейреживаемой массы : j-.vsTairieHK; й-зпгрузная труоа; 3-газопрозод;-4-заго;-зочнал труба; 5-магнитотрок; 8-прибор УЗК-20; 7-даоос; ^-электродвигатель»

ИзмБнение рН от значения 8,35 до значения 8,13 при индукции 40 мТл происходило па 40. ..45 минут. Это время также является и наиболее оптимальным временем, при котором не происходит значительного влиянии на жизнедеятельность микроорганизмов механическими и гидравлическими ударами процесса перемешивания центробежными насосами.

С учетом, вышеизложенного был предложен способ обработки органических отходов. Сбраживаемь"? в метантенке в анаэробных условиях органические отходы подвергаятся гидравлическому иеремепшганига. При ого,ч на поток сбра.тавяемой массы воздуйствуют постолнным магнитным полем, магнитная индукция которого лежит в пределах от 25 до 50 мТл, а величина скорости потока сбраживаемой массы в трубопроводе через встроенный в трубопровод источник магнитного гголд = устанав ливается от 1,0 до 2,0 м/с. Перемешивание и обработку поевдданым магнитным полем сбраживаемой массы седут при достижении nli ativажи-ваеыой массы до 8,35 или сразу же после загрузки свежей me^ii э метантанк.

При проведении вышеизложенных оститов было отмечено, что npjt . выгрузке сброженной мдеен из метантенка вместе с массой рьяоентоя больное количество метанссбразугсщих и сопутствующие им микроорганизмов. Это приводит з значительному снижению эффективности переработки отходов. При использовании рециркуляционной системы сбраживания микроорганизм« развивается специфически и приспосабливаются к данному составу сбраживаемой массы, а процесс этот происходит медленно и требует значительного воемени. Имеющиеся конструкции биореакторов с устройствами Фиксации микроогганипмов, снижавши-* их пкнос, име'чт ряд суцес.твеннн* недостатков, -что такке обусловливает необходимость поиска реяения данной проблем«.

Для устранения описанных гше медотатнов предложена ненг-труч-ция биосеактора, позволяющая существенно скалить вк(ос ^wnccf.' микроорганизмов из метантенка.

Эксперименты проведенные при пропуекадм; чаре?. обра»Ий£.зч\о массу электрического тока плотность«} от 0» 002 до 7,0 Д/ч'' пло^а^и йлеятрода и при времени экс-позиции от 45 до fid ишу? риярчли, что' при различных значениях плотности тока поэ«г»зд|1Т вдокгарпц миктн»«.' организмов в ЭП, движение их в приолектродчое прастгвнсгро а образование колоний на попервости установленных у э^впугщой диэлектрических элементов.

Было установлено, что на поверхности ллсуентоэ, уот^ноал^ж» у положительного электрода, набг дается наябольнс^

ний. При различных величинах плотности тока наблюдались колонии размерами от 7,3 мкн до 25,7 мкн. А при контрольном сбраживании без НеполЬзойаНйя ЭП на Поверхности элементов наблюдались колонии размерами до 10,4 мкн.

В то же время експерименты показали, что при величине плотное.-»-ти тока О.ОЬ к/и*- и Шие олектрофйзическое воздействие оказывает ингибирующеё воздействие на жизнедеягельсноть микроорганизмов и приведите сникенио газозьдеЛения, Таким образом, нами было выявлено, . что при величине плотности тока от 0,004 А/м до 0,05 А/м^ является наиболее приемлемой для использования электрофизического метода прип лечения и фиксации микроорганизмов на поверхности диэлектрических элементов. .

На рис. 5 приведены микрофотографии колоний при контоольном сбраживании и при -лнтном сбраживании с плотностью пропускаемого то' ка 0,004 А/м2.' . . .--.,'.

Проведенные эксперименты по выявлению возможности отторжения колоний микроорганизмов от повеохности диэлектрических злемштой показали, что переполюсовка поданного к электродам потенциала сйс -ооботвует выносу микроорганизмов с поверхности элементов. Т&К ДЛЯ .выбранного нами режима, при плотности тока 0,0036 А/м*" и эремеЯН экспозиции 10... 15 мнут наблюдается вынос с поверхности елемеНтов практически всей прикрепленной биомас.с.н микроорганизмов. .-' •' • Для реализации выявленных эффектов электрофизических методов фиксации микроорганизмов была поедложена конструкций бйореактора, .представляющая собой цилиндрический корпус с псдводвдНМй й отводящими трубопроводами, а внутри корпуса установлены электроды, сое- • диненные с двуиолярным .источником тока. Корпус соединен с его средней точкой, а электроды наполнены в виде установленных, в корпусе на, изоляторе стеряъей, с-закрепленннмИ на них диэлектрическими элементами. Расстояние между электродами на менее чемрдвое превышает . расстояние мевду электродами к корпусом, а. двучполярный источник тока снабжен коммутатором изменения полярности. -

Па рис.б схематично изображена конструкция биореактора в разрезе, с олектрйческой схемой соединений. ' • .

".' СбракйЬавМ&й Масса циклически подается через подводящий трубопровод (1изрёактора, в котором создаются условия необхо-• дймые ДАй обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов. Перед ', выгрузкой На Блектподы.подаетс}, потенциал относительно корпуса. При Э'со».! под действием поля микрооигаяивмы перемещаются к электродам Я снапливаотся-образуя колонии на поверхности диэлектрических

к'М ' -7

. I '

; >*,v '

. •» ;;J

. *-

г ♦f -ч

1 т

• ■ V, ■ ■

f« i ч, 1 Ьц

*

, „Л- >1

« . #

V" г * » Î

МЙ^ л:

' с '. .. s г.

Контроль, Экспозиция элементов в ображшаемои массе 24 часа.

Á- . ; v TW'.

.п

4 ■ » » чЛ

' - : ' Л 3 ' 4λ %

: :«v л, :•.»>:

л- t> \ .. >

*у.ч. % V,- . , л- & .. , о* ' Ч Ч- • ' -vrv' ГЛ'&Ж

, ,. . . !> > - г Л- '

I

•V. ' î 4,';V V,

... V & : 7 : 7;/-. .-ASI fe>::-4\- & "i '.-Л^ -

i :

Спч'Т. Зксйозеция :>ла.я»ятов. в cípai-Ji3aoMoíi мосоп 45 Mi'iî., др'л ] г. C.UÖ4 А/м'"'.

;';!KpOjOrc-rpai"¿:». поверхности ьищентон.

Рис. 6. Технологическая схема биореактора с конструкцией электрофизической фиксации микрофлоры: I - метантенк; 2 - электроды; 3 - диэлектрические илеитнке но^лтели; 4 ~ коммутатор полярности; ' . О - двухполярный источник токэ. ■

-1Ь~

ленточных элемента«. После этсю сброженная масса может бить выгружена через отводящий трубопровод с минимальными потерями биомассы микроорганизмов. После заверилиия загрузки биореактора сьеяей массой на электроды подается потенциал противоположной полярности. Переполюсовка способствует вшосу микроорганизмов в сбраживаемую массу с диэлектрических ленточнкх элементов.

В четвертой главе приведен!) ¡экспериментальные ■ исследования процесса иакопле-чл зольных веществ в метвптенке н процесса МГД обработки в термофильном и мезо-вильном режимах аняороб~ ного сбраживания отходов. Определена технико-экономическая эффективность использования малоэнергоемких электрофизических методов ин- •' теисиЛикации процесса анаэробного сбрат.иваиия отходов.

Экспериментальные исследования показали, что количество зольных веществ увеличивается до определенного значения и далее их количество стабилизируется, загйсит в основном от подермиия сольных веществ в эагпу.хяемо!? массе, и колеблется *> пределах 5...7 % от среднего значения.

В четырех лаборатории* аппаратах емкостью каждого метантенка-по 0,5 м° били лроведенк эксперимент» с использованием различных технологических режимов сбраживания. Среднее содержание золи в сухом веществе с браги в -10 мой масса составило от 32,6 % до 37,7 %, Использование год» или рецяркулята для разбавления загружаемой масон не показало существенны? различий в содержании золшы: веществ в ебраяиваемой массе в обоих технологиях. Результаты анализов го выявлении золн а сухом веществе сбраживаемой массы сведены в таблицу I.

Таблица I

к | Дата ! Содержание золы в % от сухого вещества

п/п , проведения!-----------------------

анализов ! аппа- 'йппапат'аппаоат ' аппарат ' сречгйИ ! ' рдт V-г ч ъ? 1 '"-3 1 '54 '

I. 31.05.69 41 37 35 32 19

2. 19.05.09 40 40 35 34 г, 1

*> о • 6.07.09 42 30 34 3 Йо

4. 20,07,89 40 31 32 35 '¿Ь

5. I7.Ca.89 33 24 Зл 4 Г

6. 14.09.09 30 25 37 ■¿9

7. 28.09,89 32 59 37 ■ 34 :

а. i3.IC.09 40 33 ■ ЗЬ - 26

' Продолжение таблицы I.

т ! 2 ' ' 3 ! 4 ' 5 I 6 ' 1 7

9.' ■27.70.89 39 37 33 • 31 28

10. 75.17.89 37. 33 . • 34 32 25

17. с.12.69 35,6 . 37,2 - 34,4 33,4 , 24

72. среднее за

1989 год 3^,69 34,56 34,22 32,04 24,82

Данные содержания зольные веществ в метантенке емкостью.200 м£ ".экспериментальной биоэнергетической установки Октябрьской птицефабрики за Т989-Т990.года показывают, что зольность в с <ом веществе сбраживаемой массы не увеличивается, и равна в среднем за два года-30,67 %■ от содержания сухих веществ. •

Таким образом, проведенные исследования показали, что при использовании рециркуляционной системы-сбраживания пооцеес накопления зольных веществ в сбраживаемой массе происходит до определенного значения, характерного, для каждого метантенка, и далее их количество стабилизируется. Изменения количества золы в незначительных пределах зависят в основном от его. количества а загружаемой массе, состава кормов. ■ . :

МГД обработка сбраживаемой массы, повышая активность жизнедеятельности участвующих в процессе микроорганизмов, позволяет повысить выход биогаза. Одним из наиболее доступных для .наблюдения показателей эффективности процесса.является степень распада, орга-- -нического вещества, ссдерж'чцегоок в сбраживаемой массе. Очевидно, 4то бочее высокая степень распада органического аецоства овидетельс вует о более эффективном процессесбраживания. Эта реличша являлось критерием оценки эффективности процесса в проведенных наш: эксперимента-»-". . • ■'

Как нокасалк вкснериментк, наиболее интшбйфициругщее воздействие на процесс анаэробного сбр.эяивания оказ^асг МГД обработка при -инду:шии б цен ре.зг о за магни^этрона 40-мТл, 6'коор.г.;и.-гилочьлй- ' четкого пусока 7,5 м/с. В ртом■ опыте х;уточцмч рампад о.р1 аничсского веще-^га составил: '/, вместо % Ь- ктг.рокр'. ..•'

_ Использование при МГД обработке магнитотроноч с' ичдукцкогг в зпзосе "х'- н^/- и скорости гидравлического, потоки м/с и Р.,'Л м/с искажало • ноеншепие «эспада' органического .шццетпа пс, .отноженйй» к .ко'ггрол1:), соответственно, на.'% и з,3.Такки о'Ч.м'^м пии

повышении индукции, в«ше 50 мТл наблюдалось ингибирующее чоздемствие МГД обработки не жизнеделтельгноть микроошгнизмов.

Экспериментальные исследования МГД обпабогки сбрахи>-асмиП мчс-сн при мйзогЫмьном рекиме сбраживания показали , что накбол'-ши*-распад органического вещества бил достигнут пси гидравлическом перемешивании сбрэнивае^о:'; массы с одновременной МГД обработкой с параметрами обработки: магнитная аддукция в аьиоре м&гнитотоона 40-45 мТл пои скорости гидравлического потока Т,о м/с. Пои атом рекнйе обработки распац органического ъещео'гво. составил 42,3 %, а при контрольном сбраживании отот показатель бга равен 31,Т %. Эксперименты л-каяали, что в результате применения .'.371 обпабптки с указанными параметрами молю значительно интннси^ииксо 1'гь процесс сбрачивания, увеличить распад органического вещества сбраживаемой маис^ га 37,2 % по соаянению с процессом,который ппохсдчт без перемешивания сбраживаемой маосн, и на Т8,2 % по грашежто с аналогичном процессом ебнаживания при использовании папемялипания. с^ра-киваемор массн гидравлическим потоком этой *е маспн.

Результаты экснесичс-нуов мГД обработки ебкгхив&емоЯ масон, пси мезофИ'П.ном репше обса«иванич_, приведены ь таб ице 2.

Таблица 2

V I пп'

I

!. ) I Г

Режим

' Содео*ание нлКЮО кг

! свежего попета г------1---,--

¡сучое- гзоль-

.опгани-

сбрахивакня ;ввдест-|иооть, =е

,везест-г ви>, кг

Распад ' Количество

оепаиичес- ! выработай,

кого (ьещес&! биогаза,

на, % ! л.трц

I! ■

7

1. Контроль 240 60 16? 31,С? 48,2

2. С периодическим перемешиванием сбраживаемой мае- .

сы 240 63 ЮО ' 36,2 56,2

3. МГД-обрабстка,

4'.' мТл, 1,5 м/с 240 50 т80 42,0 оС,4

4. МГД-обрг.ботяа,

25 мТл,:,5 м/с 24 > оО !8Л 38,сЗ

5. М'Д-ос.работка,

о" мТл,2,2 м/с 240 и0 ' ]вС 23,9 5?,С

Продолжение таблицы 2.

' I « ~ 2 ! 3 ! 4 ! Нз Р3" 6 ! 7~

. о. Щ.'Д-обработка,

60 мТл, 0,8м/с 240 60 , Г80 37,7 48,1

Использование тгнитотронов для МГД обработки, е магнитной индукцией-в зазоре 60 мТл при скорости гкдравлгческого потока 1,5 м/с и 2,2 м/с не даю какого-лиоо интенсифицирующего воздействия. Так, при параметрах чашитной шдукции 60 мТл и скороости.потока 1,5 м/с распад органического ъе;цвстка составил 31,7 а при втором варие'Ис; ( 60 мТх, -2,2 м/с ) - 33,9 %. Анализ результатов. с .учетом предварительного ка трольного ¿сбраживания позволяет сделать вывод, . что воздействие магнитного поля с индукрчей мТл при скоростях потока от 1,5 по 2,2 м/с оказываем »шгибирующее воздействие на кизнедеятельсноть микроорганизмов. В результате такого воздействия снижается процесс метаболизма, что подтверждается он л&нием распада органического вещества в среднем на 9,8 % по сравнению с вариантом при использовании перемешивания сбраживаемой массы.

Эконош чоская эс№ект.1БН0сть от .использования новых технических •средств при анаэробном сбраживании помета составили 22,92 тыс. рублей в год.

ОБЩИЕ ВЫВОД!.

I. Иг '.ользование технологии анаэробного'сбраживания позволяет экологически чисто утилизировать куриный помет с получением выооко-1 мественных обеззараженных ооганичеекит удобрений, гообчего биогаза И белково - вита: инных добавок г. корм птице.

. 2.'''Применение в технологическом процессе БГГУ рециркуляции жидкой фазы сброкекной массы не приводит к накоплении зс-тынх' Веществ к, метантенках иг'Ч1брирующи* процесс, который стабилизируется на определэнн^м уровне. При медленном накоплении зсльньк элементов мк;;ооорганизмы успевают адаптироваться к повышению их концентрации.

' 3. УстановлеинЕ т зависимость, спязываищан величину зольных , иещсзтв в сбраживаемой массе и динамику процесса сбраживания, поз- -воляет определить размеры и технологические характеристики БГГУ в стадии проектирования, прогнозировать параметры сбраж-иаемой мас-. -с» с реальном масштабе вр£к;снй.

4. Реализация способа МГ'Д стимуляции процесса анаэробного сбоа-о

сивания при ьеличдае магнитной индукции 25...50 мТл, скорости пото-iñ 1,0...2,0 м/с позволяет активизировать чизьедеятельность микро-фганчзмов, участвующих впроцёесе, а такта снижать при этом рН Сращиваемой массы на 0,Jo.,.0,35 от первоначального значения. •

5. Способ -МГД стим1;ляции процесса анаэробного сбраживахая при ¿езофильном режиме позволяет увеличить выход биогаза на 18 io, а в сравнении с режимом без перемешивания - на 46 %. При этом процзво-аительность процесса, без дополнительных затрат энергии, эквивалентна термофильному реюшу.

6. Количество микроорганизмов, вьяосимых со сброженной массой значительно сникаете^ при использовании электрофизического метода . фиксации. Пропускание электрического тока платностью от 0,002 до 0,4 к/у?' площади злектиода через сбрамшасмую массу перед onepaiytert загрузки-выгрузки метактенка в течение 40,..60 минут,при циклической его работе,позволяет ¿иксировать котонин микроорганизмов на терт ямх носителях, помещенных вокруг злектродов, 'предотвращая'ях

л^ние из метан" емка.-

7. Подача обратного ■ ;тска чесез опрашиваемую массу,после оче-. редцой загрузки массы,в течение 10. ..15 минут актинизирует ,кизнс-деятельсноть микроорганизмов.

8. Иепользовангс рециркуляционной системы сбраживания в сочетании с электрофизическими методами интенсификации процесса анаэробного обваливания куриного помета позволяет получать высокоэффективное обеззараженные органические удобрения, содержание необ- : ходимие для растений питательные вещества, значительная часть которых пасеходит в наиболее усвояемую форму корневой системой. Полученные органические удобрения не содержат цитратов и нитритов.

9. Методы МГД с.тк 1уляции и злектро^изкчёской йиксапйи . икро-осганизмов обладают мало! энергоемкостью, не влияют на состав и удобрительные качества конечного продукта. Годовой экономический эгТфект от использования методов интенсификации процессе в ЕП'У для сбрат.ипания Т5~> т/су т. помета coi тавляет 2?.,92 ть>с.рублей в ценах-1990 года.

Gchobhop содержание диссертации отражено в работа^:

1. Рециркуляционный метод интенсификации анаэробного сбраживания отходов 'сельскохозяйственного производства. - В кн.: Научно-технический прогресс в агропромышленном комплексе: Tea. докл. Есесоюз. 'научно-практической конференции. - Киевская обл., Т988. (соавтор Акдрюхин Т.Я.).

2. Методика определения органически-, отходов для сбракквания в ЕГГУ. - В кн.: 2иогаз-87: Тез. докл. Бсесоюз. совещания по технической ' биоэнергетике.- Рига, 1987 ( соавтор Прищеп Ji.Г,)..

3. Разработка системы регистрации и автоматизации управления технологическими параметрами БГГУ с целью интенсификации получения сброженной массы, (пг^мокуточный отчет). НИР ЫГМИ, * Гоо. регистрации J.180.0117*43.- 11.: МГМИ,39od,т989.

4. Биогумусногазоная установка. 1нфорыационный листок. - М.:Совин-терзод, 1993.

5. Положительное решен».f. на и.эобнетеиие от 28.J2.90 на заявку к 4706437/13. Способ обработки органических отводов / Л.Г. Прищеп, Т.Я.АндрРхин, А.А.Кабдра>имоа, В.А.Роенко.

6. ШтенсиЛккация процесса анаэробного сЗпаяивания куоиного помета.-В мь*. Нетрадиционная энергия: Тез. докл. совещания объединенного научного Совета ГШ'Г СССР и ЛИ СОСР. - О/мы. 1990.

7. Положительное решение на иг.о( егение от 25.01.91 на запеку * 4766436/15. Биореактор / Д.Г.Прищеп, Т.Я.Андрьгин, А.А.Кабдоахимов, В.А.Гоенко.