автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности производства твердых органических удобрений на основе навоза КРС в усовершенствованных биореакторах барабанного типа

¡Ы'/'СЮ-ИССЛВДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПГОШТО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРОФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НЕЧЕШ03ЕШ0Й ЗОНЫ

ТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ

.................„ОБИЛИЙ НА ОСНОВЕ НАВОЗА КРС

В УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ БИОРЕАКТОРАХ БАРАБАННОГО ТИПА

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на еоиекание ученой степени кандидат» технических наук

На правах рукописи

Гервно Валентин Овидиович

С. -Нете^бург.-Душкик 1995

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском, конструкторском и проектно-технологическом институте органических удобрений к торфа (ВИШТИОУ) в 1989-1992' гг

Научньй руководитель - кандидат технических наук, старший

научный сотрудник АФАНАСЬЕВ В.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ВАГИН Б.И.;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник СОЛОДУН В.И. Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский

и проектно-технологический институт химической мелиорации (ВНИПТИМ. С-Петербург-ПудашО

Защита диссертации состоится " " 1995 г

в 10 часов на заседании специализированного совета К 020.59.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в ШГГШЭСХ НЭ РФ по адресу: 188625, С-Петербург-Пушкин, п.о.Тярлево, Фильтровское шоссе, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " />-"•' 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, \

старший научный сотрудник ' Черей H.H.

Актуальность теш. Интенсификация земледелия в пригородных зонах центральной России, рост числа фермерских, частных и садовых хозяйств требуют значительного количества органических удобрений высокого качества. Вместе с тем, вблизи прсшлменных центров обычно сконцентрированы крупные животноводческие к птицеводческие предприятия, даюшие выход больших объемов помета и навоза, неправильное хранение и несвоевременная утилизация которых приводят к большим потерям элементов питания и органического вещества и создают в густонаселенных районах опасную экологическую ситуации.

Одним из путей рекешя этих проб,кем является круглогодичное получение экологически безопасного твердого органического удобрений зутем совместного комясстлрованкя гкскремеятов ясиеотнмх с различными, здагопоглогцаквдими материалами (торф, ссзсаа, опилки и другие отходи сельскохозяйственного производства).

В настоящее время не суцеетаует приемлемых технологий и коки-1ексов машш, позволяющих в течение всего года га короткие сроки по-г/чать органические удобрения вьюсгого козосгеа.

О связи с этим, весьма актуадьцкм аредстдоляется создание ксмп-¡екса технологических лриэмсп, процессов и те*нзчес«ия средств, йеспечиваищи превращение' навоза и песета ь висслг^ф^етиьное, з.ко-огически безопасное твердое оргачичесное у.дссронпэ с заданными фи-ико - механическими, -^грохимичесгаав! свойстьгия методом бкотерми-еской переработки в с ^реакторах непрерывного действия.

Цель работы заключалась з обосйошгав и разрабогхе технологии, смпдекса технических средств для производства экологически беаслас-ых твердых органических удобрений па основе навоза крупного рогата-о скота (КРС) в аэрируемых биореасторяч.

ОС лад цель исследования венчала реиеш» схедусища кеиксо'шк адач;

- обосновать необходимость приготовления твердых сргодических ;ебренкй в установках ускоренного гоклссхисования;

- провести анализ и теоретически обосновать, осксгные парая---?ри онкологического процесса;

- определить метели" ¡штенсгфчсации биотермического раллачгнил ханичеекпх материалов в режиме галуекз. и непрерыги.-й работы Сиоре-кгора;

- разработать метода кенгредд и управления процессом биоуерьк* сг,ого разложения;

- разработать гроСсвашы и ус*кшгул, кьиалска технически

- -

средств для приготовления тгердк-' орг.'аическпч ук-^ретц! на (Чье б, ореактора барабанного типа;

- провести произлодственкут! проверку ммуденннх рж-лльтатов,

Научная новизна. Вп-грвые определены температурные интерна низкого тепловыделения компостируемой мас.сы и предложена методы преодоления. Разработана новая .технология дьуступенчатои Оиотерм' ческой переработки навоза КРС, обеспечивающая вначительное ув«мшч ние производительности биореактора непрерывного действия бараоанно типа.

Практическая значимость. Разработаны технологическим процесс методика расчета лин;:й приготовления твердых органических удобрен в аэрируемых биореакторах барабанного типа,' мэтоды контроля и улра ления процессом биотермического разложения материала. Использован разработанных методов и технических средств улучшит условия труд обеспечит получение в короткие сроки экологически чистого удс'зрон с ¡заданным агрохимическим составом и благоприятными физико - механ ческими свойствами.

Реализация результатов исследований. Полученные результаты Ог использованы при разработке проекта реконструкции системы удаления утилизации навоза для фермы по откорму и выращиранию нетелей ка Ь голов агрофирмы "Щапово" Подольского района Московской области.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положен диссертации докладывались на И зональной школе - семинаре молод уених в СЗНИКСХ (п. Келогорка, Ленинградская обл., 1990 г.),-Рее юга?,ной научно-практической конференции "Торф в народном хогий хте" .(Г.Томск, 199)), на заседаниях отдела НИГПИШЖ НЗ РФ (г. С-П тер-бург, 1УУ0, 1931, ЮТЯ г.), научно - техническом совете ВНИПТИ (г. Владимир, 1991, 19У8 г.), ученом совете ЦТПОС РАСХН (г. Дмитро Мс.сксьская обл., 1394 г.).

Публикации. По материалом диссертации' опубликовано 5 работ, раг.сты находятся б печати.

Диссррта!изложена на Г,Ч: стр. машинописи гг ■ екста а состоит из введения, 6 глаг, кад-ол- списка литерату []?;- -/с.точиикл. из которых & акгок'ь;, 4 таблиц, 40 р

'••УП'^'й , 14 пр'лг.о«екий.

ч'.п'уго'ленке гомпостое: огпу.иш? щшниипы учог-"ния процессу

'г 'зли'-: с 'р-м л.0т'"тт..'|. ком: .сгировачи'1, предусм?

гм'-гп'з'чп!^ згекр^иег!'^". уньотн:« и п':я;м с ; аапичичми епа';

поглощающими материалами, позволяет не только увеличить объем производимых удобрений, но придает им более благоприятные физико - механические свойства: снижает влажность, увеличивает пористость, сыпу-гестъ и т.п. - (Баданов й др., 1973; Ковальчук, 1S57; Мамченков, 1965). При обеспечении необходимых.условий аэрации в компостируемой ,<ассе, вследствие жизнедеятельности различных групп микроорганизмов, фоисходят слоящие биохимические реакции разложения органического гещества, сопровождающиеся процессами нитрификации, денитрификации и ¡топлением гумусовых веществ. Выделяющаяся при этом тепловая энергия ведет к саморазогреву материала до 00° - 65°С (Анспок, 1981; Ар-¡ипченко, 1988; Готаас, 19D6; Ряэанцев, 1988; Цуркан, 1976). Высокая температура обеспечивает обеззараживание компостируемого материала )Т семян сорных трав, яиц и личинок гельминтов (Лукьянов, 1982; Ьвов, 1Q53). Традиционно компостирование проводят в буртах в течете 2-6 месяцев (ОПТЕ - 81). Однако, в условиях средней полосы 'оссии, в зимний период, биотермические процессы в буртах торфона-ociHoü смеси практически не идут.

Ускорить приготовление - ксмяостсв шшо путем исключения потерь епла из компостируемой массы и обеспечения благоприятных условий ля жизнедеятельности микроорганизмов: оптимизируя влажность материла, реакцию среды pli, отношение углерода к азоту (C/N) , грануло-етрпческий состав, порочность аэрации, количество органического ве-■зства, поступление кислорода и т.д. (Абызсь, 1962; Леонов, 1900; {•анасьев и др., 1931; Вивкалде, 1905; Кубарева и др., 1889; Стари-:ш, 1958; Тепла, 1Q63).

Саморазогрев смесей на основе навоза KFC происходит очень мед -еино дше» при относительно благоприятном сочетании внешних факю-зз. Иатонск^йкация и управление процессом баотермического. разложил этих смесей практически из разработаны и в литературе не нашли элжясго ссаеадлпш.

Управление процессом компостирования на практике можно осущест-мть лиан, в специальных установках. Из всего многообразия действую-IX d мире систем, для условии работы в России более всего подходи? юреактор а виде горизонтальною медленно • ьр:дй£&щегося бнрабанз. ■о достоинствами являются простота конструкции, сравнительно низкая гергоемкость, совмещение в одном агрегате осиоьннх технологических iCL'eccos: перьмишшашм, перемещения, принудительной- аэр^дии И био-•рмическел обработка кассы. Зги дсстоинстьч, а так же простота об-улиздшм и н.и«*лиос a р;£сти a'.jjov в виде ьраедгл'*-

гося горизонтального барабана наиболее пригодными для применения в хозяйствах России.

Таким образом, анализ литературы показал, что биореакгсры бара-баного типа наиболее полно удовлетворяют условиям круглогодичной ускоренной переработки компостных смесей на основе навоза КРС в твердое органическое удобрение.

Тепловой баланс и аэрационный режим биореакторов. Температура ,Т°С находяцегося в биореакторе материала является функцией тепловыделения глмпостируемого материала потерь тепла с теплопередачей черев'.стенки барабана испарения влаги, содержащейся б смеси, ди и нагрева аэрирующего воздуха чв.

Т = f(qcu, Ят, Чи. Чв) . (1)

Тепловые процессы в биореакторе барабанного типа, в общем виде, описываются уравнениями термодинамики. Уравнение теплового баланса имеет вид:

Ссм'Ыом"(Тк ~ Т»)/Г = Чем"!'с,м " Кт'Зб'СТсм ~ Тн) ~ Чи'Мсм'Ки -- Св-Вв-Гв-СТв2 ~ Ты) (2) .

где Сгм- удельная теплоемкость компостируемого материала, кДх/кг-°С; Мсм - ыасса компостируемого материала, кг; Тк - температура компостируемого материала, °С; Гсм - температура исходной смеси, °С; х -время компостирования, ч; чСм " удельное тепловыделение компостируемой масса, гДж/кг-ч; Кт - коэффициент теплопередачи стенок барабана, ВгАг-о: Зб - площадь поверхности теплопередачи (барабана), м , Тн -температура окружающего воздуха, °С; К» - коэффициент, равный отно-кении массы вода ШВл), испарившейся за единицу времени ко всей мас-.се смеси (МСм); Св - удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг; Вв -объемный расход воздуха через установку, кг/ч; Гв - плотность воздуха, кг/м ; Тц1 - температура воздуха, поступающего в установку, °С; - температура воздуха на выходе из установки, °С.

Б работе биореактора непрерывного действия можно выделить два

этапа: первый г разогрев исходного материала до рабочей . температуры

непрерывного цикла, и второй - собственно непрерывный режим работы.

¡•рема разогрева компостной смеси х до веданной температуры Тк

пi-.ii .чыг/'.ке биореактора определяемся выражением:

Сем■Мсм' дт

г- -----:-----(3)

Чсм'Мсм - Кт-26-ДТ - _ Св-Вц-Чв-ДТ При Н2Г.реишюй . работа биоре&гтора максимальная порция смеси Ш;), , у рухг&мая ц л!'.тор, р;у:считыьае'зся по \грайн<?нию:

-^ц.м Тк - 1К1

Ь''! —------ -------------■ (1)

о ' '¡"и - 'ГС)4

I Тк! - температурь матсричте ь биороактс^-. »•станст.иглггйсл после

загрузки порции исходной смеси, °С

Время, через которое можно загружать следующую порцию исходной смеси, вычисляется но формуле:

СсМ-МсМ-(Тк - ТК1) - Чп-Ол/и х = --------(5)

М Х-2с-(Тк - Тки

Чсм-СМ! + - ) -

3 Ьг

где ип - суммаоная величина удельных потерь тепла из биореактора кДж/кг-ч; Ь - длили рабочей зоны барабана, м; 1л - участок, на котором исходная см<ус!> смешивается с находящимся внутри установки компостируемым материалом, м; 1г - длина переходной зоны, м; Л - коэффициент теплопроводности смеси; Зг" - площадь поперечного сечения ксжосхируеыоА игсси, м".

Анализ подученных выражений позволяет заключить, что увеличить производительность установки можно повысив удельное тепловыделение компостируемой массы, исключив потери тепла через стенки камеры реактора. увеличив температуру исходной смеси, подаваемой в биореак-рор, а так же путем подогрева аэрирующего воздуха.

Турбулентный характер фильтрации воздушных струек по поровым саналам вызывает резкий пост потерь давления аэрирующего воздуха. Максимально допустимый расход воздуха через установку ускоренного юмпостирования определяется .условием ламинарного характера «го шштрации и домен удовлетворять следующему выражению:

Вт4п < Вв < -—--(б)

10-ИГ

де Вщ1п - минимальный расход воздуха, необходимый для протекания" Ой- ■ ■термических реакций, м^/т-ч; Рекр - число Рейнольдса-, К - коэффйци-нт проницаемости, характеризующий только пористый слрй, иг-, V - кинематический коэффициент вязкости аэрирующего слоя, м~/(с; Гол - пло-,адь поперечного сечения слоя материала в установке, лц - коэф-ициент пороэност.и пэращн, определяем!« циклометрически.

Таким образом, на основе теоретического анализа процесса био-ермической обработки' органического материма в барабане -аналитичес-и определены: время разогрева массы в биореакюре до заданной тем-ературы, масса Порции смеси, загружаемой ь биореактср и продолжи-злыюсть цикла технологического процесса.

Объекты и„методы исследований. Определена« основных параметров инструкции биореактора "и р^раОотгса технологического регламента юизводства твердых органических удобрений ¡производились для смесей 1Бсза КРО с торфом. Смо-си навоза КРС с соломой и опилками ксследо-ушсь как вспомогательные.

Б исходной смеси, ее компонент;;/, и готипим продукте определяли;

влажность, вольность, кислотность (рН), содержание общего углероде валовых н подвижных форм М, Р и К по общепринятым методикам (Аринуи кина, 1961; Методические..,, 1981).

Изучение сопротивления смеси движению аэрирующего воздуха в se висшости от состава и высоты слоя, проводили на специальном стенг в торфонавозных смесях с соотношением навоза и торфа по сухому Ее ществу 0,1; 0,25; 0,4; при влатаости массы от 65' до 75£.

В ходе исследований определяли порозность аэрации m& (Вороши 1S8G), коэффициент проницаемости Ж (Аравин, 1953; Лейбенаон, 1947) я зависимость потерь давления АР от влажности W, высоты слоя h скорости воздуха vB. ■

Тепловыделение компостируемой массы в процессе ее аэробно1 разложения определяли в адиабатическом калориметре конструкции НШ TJ5M3CX НЗ РФ (Туваев,' 1982). Расход воздуха контролировался при пс моим стеклянного ротаметра (Иваво; и др., 1984). Удельное тепловыдс ление компостируемой массы qCM чеделяли по формуле (Олейнш 1973):

Ссм'СТк ~ Тсм)

Чем =----(7)

t

где Сем ~ удельная теплоемкость компостируемой массы кДк/кг-°С: Тс и Тк - начальная и конечная температуры компостируемой массы, °С; i

- время, ч.

В ходе эксперимента производили замеры: температуры - термоме: ром электрическим ТЭТ-2 и окислительно-восстановительного потенциа; (ОВП) - с "помощью иокомера MY-88. Параллельно с этим из системы о' качки воздуха отбирали образцы газа, в которых определяли содерлаш углекислого rasa (на хроматографе "Хром-41"), сероводорода и аммиа!

- пирометрически Шааюшша, Корчагина, 198G).,

Определение количества микроорганизмов в компостируемой Maci производилось чалечним методом; микробиологические посева осущес мялись но обцеприпягым методикам .(Теппер и др., 1987). МезофидЫи 'груши.! аэробных микроорганизмов определялись термостатированием П] температуре 28°С. териоФильнг f - при 55°С.

Влияние различных влагопоглощающих, минеральных и т.п. добав! на тепловыделение компостируемой массы изучалось ь однофактор» эксперимента при'прочих выровненных условиях (Веденкпин, 1967; Мел: никои я др, 1980; Шелк, 1972) с помочью установки, состоящей из ве> ти пенопластовых япщков. снабженных системами-регулируемой пода воздуха, контроля температуры. ОШ и отбора пшб.гага для анализа.

Наблюдение за процессом Оиотермического разложения органическ

субстратов заканчивалось при прокрадсшта тепловыделения и устойчивого снижения температуры материма.

Исследование проц*ссп геотермического разложения в непрерывном режиме производилось в модельной уст.зноьк^, состоящей из двух теплоизолированных, вряичмЕихся вручнув барабанов, длиной и диаметром по м и имеющих систему перфорировании* труб для подачи аэрирующего юздуха.

Производственная проверка основных параметров технологического [роцесса была проведрна в экспериментальной установке, состоящей из (етадлического барабана диаметром 1,2 it .длиной 4 м, электропривода •реденил и системы регулируемой подачи воздуха. .Барабан имел отверстия, закрывакедеся крышками, для намерения температуры, ОВП и отбора бразцов газа.

Математическая обработка получении/ результатов проводилась на ЭЕМ IBM PC/AT по программам "EHZF" и "СОПЯТ".

Исследование основн1« закономерностей биотермического -разложе-ия компостных смесей, Изучение работы биореактора непрерывного ействил в технологическом режиме запуска на модельной установке по-азало, что в процессе разогрева компостных смесей натоаа КРО с раэ-ичкыми влагопоглокашими материалами, рост температуры происходит гравномерно, а изменение тепловыделения компостируемой массы предс-авяяет собой кривую, сподвуг» с синусоидой и ииеюгдум характерные зчки экстремумов (Рис. I). Периоды интенсивного.тепловыделения со-гвотствуют интервала* температур 25°- S6°fJ и 55°- 60°С. В темпера-Фном интервале 40°- 4Ь°0 величина тепловыделения значительно сни-

СМ'-СИ.

е

Обнаружено, что изменение тепловыделений в различных органических субстратах имеет четко выраженную зависимость не от времени протекания процесса, а от температуры компостируемого материала (Рис.2), что объясняется деятельностью различных групп микроорганизмов.

Исследования показали, что периоды максимального тепловыделения компостируемой массы соответствуют периодам активной жизнедеятельности определенных групп микрофлоры. - Так при 25°- 35°С ашио развиваются. выделяя большое количество тепла, микроорганизмы мезофиль-ной группы, а в интервале температур 50°- 65°С, сеответс-п.укивом второму пику тепловыделения, активно развивается микрофлора теребильной группы. В температурном интервале 40°- 45°С происходит смена указании;* групп микроорганизмов и наблюдается "критическая" фаза ■фоцесса.биотермического разложения. Если условия компостирования складыв&отся неблагоприятно. то температура массы может не подниматься выше 40°- чго часто имеет место при компостировании ь О'/ртах на открытых плоишклх.

Следует отметить, что основные группы микроорганизмов, как ме-оофилоь, так и термофилов. оОнаружены на всех стадиях процесса аэробного разложения компостных сносей. Их количество, в зависимости от гнекних условий (температура, нлажн&сть, уровень а рапии, наличие элементов витания и др.), ш»ст многократна у&едичжотьсн в течение нескольких часов и таг. ж* 'быоро сокращаться.

Р. ьрицессе йбиска методоь китечиифишши биотермического разложен»:.; и с »¡¡»синя мегнтиьниго влияния "критической проведены иссл».не"<д!{ил г!'-1 8ь«гсеки»> ь к^мпостау»« емчеь различи«/. и „-Савок. Так,

- g -

добавление аммиачной селитры в объеме 1% от общей физической массы смеси, увеличило среднее тепловыделение компостируемого материала на 50-55%, а внесение 47. фосфоритной муки (от общей физической массы) привело к росту тепловыделения на 70-80%. При этом заметно изменился и характер динамики тепловыделения торфонавозной смеси. Так, обнару- ' жено, что увеличение выделения тепла при внесении фосфоритной муки происходит в интервале температур от 35° до 50°С, т.е. в "критической" зоне (Рис. 3). Совместное внесение 37. фосмуки и 0,5% аммиачной селитры (от общей физической массы) увеличили среднее тепловыделение на 90 - 100%. и сократили почти вдвое время разогрева компостной смеси. Максимальная температура при этом возросла с 62° до 68°С. Внесение в торфонавозную смесь соломы в объеме 3-5% от массы влагопог-лощающего материала увеличило среднее тепловыделение компостируемой массы вдвое. Обнаружено, что добавки готового продукта температурой 60°- 65°С в качестве "бактериальной закваски" в количестве 10 - 20% от общей физической массы компостируемого материала, увеличивали интенсивность протекания биогермических реакций на 10 - \?Х. Если объ-ом добавок готоеого продукта составлял 25 - 50% от общей массы, то тепловыделение снижалось на.402, что приводило к уменьшению темпов даста температуры компостируемого материала. . •

Аэрация компостируемой массы является основным методом интенсификации биотсрмического разложения органического вещества. Регулировать объем подачи воздуха б материал, находящийся в Оиореакторе, южно но содержанию СОг в газах, выходящих из установки. Интенсивность выделения углекислого газа в процессе биотерФШческого разложе-шя компостируемой массы- является показателем жизнедеятельности ее (икрофлоры. Это подтверждается уравнением корреляционной зависимости (езду тепловыделением qCM и интенсивностью выделения С9г,

С0о= 1.03а,-,м + 4,78 (R = 0,59, -а = 57.) (В)

Выявлено, что назначение аэрации в процессе биотермического >ж-лекення состоит не только в обеспечении материала кислородом, ко~ ■орого в выходящих газах довольно большое количество (17 -' 18%), но : в удалении углекислого гага. Обнаружено, что его концентрация выше Z вызывает угнетение аэробной микрофлоры, вследствие чего снижается ИТ« наивность дамомения органического вещества. Содержание СОг в «ход:!Ш« гаоах должно находиться в предела 3 - 4Z.

Мжл'-лошт локагалн, что подача воздуха в комнистируемую мае-v lyxr/MH mm н«л1рер1»бной. Перериги в подаче воздуха снижают актив; ость iwh-kw ий (геотермических процессов и увеличикшт сроки приго-

товления компостов/ Регулировать объем подачи воздуха также можно'по значениям окислительно-восстановительного потенциала. Положительные значения ОВП указывают на преобладание в массе окислительных реакций и достаточном уровне насыщенности кислородом, отрицательные - свидетельствуют о преобладании реакций восстановления, т.е. о недостаточном уровне воздухообмена. При снижении значений ОВП необходимо подачу воздуха увеличивать.

Корреляционная зависимость между тепловыделением и значениями ОВП в процессе биотермического разогрева компостируемой массы; описывается выражением: '

ОВП= - 8,484 + 54,66 (Г? = - 0,62, а = 5%) (9)

Наличие корреляционой связи между тепловыделением, значениями ОВП и интенсивностью выделения СОг в процессе аэробного компостирования позволяет осуществлять контроль за объемом подачи воздуха в компостируемую массу по значениям ОВП и содержанию СОг в выходящих газах. Выявлено, что объем подачи аэрирующего воздуха должен из-менятьсй пропорционально тепловыделению в пределах 1,2-6 м3/т-ч при естественной „влажности материала.

Комплексный анализ данных микробиологических исследований, тепловыделения' компостируемой массы и выделения углекислого газа показал, что наиболее активно процессы биотермического разложения идут при температурах 30°- 35°С (мезофильная фаза) и 60°- 65°С (термофильная фаза). Эти интервалы температур целесообразно использовать при разработке технологического процесса непрерывной биотермической переработки торфонавозной смеси в биореакгоре.

Выбор вентилятора для системы подачи воздуха в рабочую камеру биореактора требует знания не только объема его подачи, но и необходимого напора для преодоления сопротивления материала.

Сопротивление движению аэрирующего воздуха зависит от наличия свободного воздушного пространства в компостируемой массе. Общий объем заполненных воздухом пор определяется коэффициентом порозности аэрации та. Обнаружено, что наибольшее влияние на коэффициент порозности Ша оказывает влажность материала. При увеличении V/ с 65% до 752 порозность уменьшается с 0,55 до 0,1Ч2, или на 70 - 90%. Меньшее влияние на 1% оказывает изменение бысоты слоя. Так, увеличение с 1 до 3 м, приводит к уменьшению яи на 6 - 10% в зависимости от концентрации сухого вещества наво-?а и влажности смеси. - .

Исследования показали, что зависимость потерь напора АР от влажности компостируемой массы в интервале 65 - 702; при постоянной

скорости подачи воздуха (V =0,014 м/с, что соответствует объемному расходу воздуха 15 м3/т-ч) имеет линейный характер. При влажности материала более 70% зависимость ДР от V приобретает экспоненциальный характер. Потери напора в слое торфонавознсй смеси высотой 3 м, имеющей влажность 727. не превышают 0,05 кПа, что позволяет использовать для ¿»рационных систем вращающихся барабанов гизконалорные. вентиляторы.

Таким образом обнаружено, что биотермическое разложение компостируемой массы вдет неравномерно. Предложенные методы контроля (по значениям 0ВП и концентрации СОг) и управления путем введения различных добавок и регулирования расхода воздуха обеспечивают повышение интенсивности процесса биотермического разложения в два с лишни) раза.

Опытно-производственная проверка технологического процесса и требования к биореакторзл барабанного типа. Анализ результатов исследования процесса разогрева компостных смесей на основе навоза КРС показач.- что биореактор непрерывного действия должен представлять собой барабач, в котором происходит биогермнческая обработка смеси при температуре массы 60°- 65°С (термофильный режим). Предложен так-хе- вариант двухсекционной установки, где компостируемая масса последовательно обрабатывается в секциях с температурой 80°- 35°С (мезо- ' фильний режим) и 60°- 55°С (термофильный режим).

Основном показателем интенсивности протекания биотермических реакций в макетной установке служила скорость роста температуры компостируемого материала.

Ркявлено. что при непрерывной биотермической переработке торфо- ■ навозной смеси в термофильном режиме, каждая порция исходной смеси не должна охлаждать находящуюся в барабане массу ниже Б0°С.. Такая температура обеспечивала разогрев материала со скоростью 0,4°- 0,5°С в час, а суточная производительность макетной установки, при температуре исходной смеси 12°- 15°С составила 27% от массы материала, находящегося в ней. Загрузка исходной смеси производилась 3-4 раза в сутки с интервалом 0-8 часов. Удельный расход воздуха составлял 2,3 - м3/т-ч. • _

При компостировании торфонаиозной смеси двухступенчатым методом температура массы в барабане с * меесФильнш режимом обработка не адлдка опускаться пиле 27пС. При ш'см разогрев смеси достигал 1,4°-в час. а расход воздуха составлял 15.3 - 5,4 м3/т-ч. При заг-

'руаке подогретого материала в барабан с термофильным режимом обработки, температура опускалась до 58°С, а разогрев смеси достигал 0,7°- 0,8°С в час. Следует отметить, что при компостировании ступенчатым методом, рост температуры в термофильной фазе происходил почти в' два раза быстрее, чем при компостировании только в термофильном режиме. '

Суточная производительность барабана с- мезофилышм режимом, входящего в состав двухступенчатой установи!, оказалась в два pat г .выше производительности термофильного, а . общая производительность установки составляла COX от массы находящегося в ней материала. Загрузка исходной смеси и перегрувка подогретого материала производились 8 раз сутки с интервалом между операциями 3 часа.

Проверка технологического процесса работы биореактора в термофильном режиме была проведена на экспериментальном барабане, изх-о-товленном во ЕНИПТИОУ (г. Владимир).

В барабан было загружено 2,5 т торфонавозной смеси, температуре! 16°С. Разогрев материала до рабочей температуры произошел за трое с половиной суток. При работе реактора в непрерывном режиме ьагрузкг исходной смеси и выгрузка готового продукта производилась три раза i сутки с интервалом в 8 часов.

Порция материала температурой 15°- 16°С составляла 270 кг. Подача воздуха контролировалась по значениям ОВП и в непрерывном режим« составляла 6 мэ/ч (2,4 м'Ут-ч). Температура компостируемой маса центральной части барабана достигала Б8°- 59°С, а в зоне выгрузга понижалась до 55°- 57°С. Такой температурный режим обеспечивал обеззараживание готового продукта от патогенной микрофлоры и семян сорных трав. Общая длительность обработки материала составляла трое суток, (при этом в течение одних суток - при температуре 58°- Б9°С), Производительность биореактора равнялась примерно 800 кг в сутки или около 33% от массы, находящегося в нем материала.

Результаты опытно-производственной проверки показали, что масс; порции исходной смеси, загружаемой в биореактор, длительность цикл; между загрузками и удельный расход воздуха полностью соответствовал] рассчитанным параметрам. Сравнение рассчетных значений Г с замерам! температуры компостируемого материала в ходе проверки, выявило удов летворигельнуы сходимость акспериментальных и теоретических данных коэффициент корреляции (R) составил 0,915 при уровне значимости i 1%. Производительность опитно-нроизводственной установки .была на'й выше модельной за счет более шджой температуры смеси, иагружам*о

в биореактср, что позволило увеличить объем исходной порции на 17-20 №.

Готовое удобрение представляло собой рыхлую, рассыпчатую массу темного цвета, лишенную неприятного запаха. При хранении готового компоста его вторичного разогрева не происходило,

Опытно-производственная проверка процесса биотермического разложения торфонавозной смеси в установке ускоренного компостирования непрерывного действия показала, что биореактор должен иметь две секции, работающие в мезофильном и термофильном режимах. Исходная смесь должна последовательно преходить через обе стадии процесса. Такой . режим работы увеличивает производительность установки более, чем в два раза.

Полученные в процессе лабораторных исследований и опытно-произ-' -всдственной проверки результаты позволили сформулировать основные требования'к биореактору и комплексу машин и механизмов, составляющих установку для ускоренного компостирования торфонавозной смеси. Установка должна включать биореактор систему загрузки исходной сме- , си и выгрузки готового продукта и систему регулируемой подачи возду- . ха. Еиореактор должен состоять из двух барабанов, один из которых будет работать в мезофильном, а другой - в термофильном режиме, сое- • диненных между ссбой теплоизолированной системой перегрузки материала. У термофильного барабана соотношение длины к диаметру должно быть не менее 3:1 (для мезофильного барабана это соотношение не регламентировано) . Подача воздуха должна осуществляться непрерывно, под давлением. В системе аэрации необходимо предусмотреть устройство для подогрева подаваемого воздуха.' Корпус барабача должен Сыть защищен от коррозии и теплоизолирован. Коэффициент теплопередачи стенок должен быть не более 0,2 Вт/м''-с. Скорость вращения барабана не должна -превышать 0.33 с'1 и привод вращения должен работать как в непрерывном режиме, так и в режиме периодического вращения. Лля тщательного перемешивания материала, при загрузке порции смеси, барабан должен согс-ршшг не минее дсашати сборотоь и дополнительно 7 - .10 оборотов каждый час. Остальные требования к конструкции биореактора приведены в рл'Ял'е.

У.та!!',г>;а додл:м оосспечивать дозирование и подачу в смеситель-

!'.:.\о,иыл ком.'!ич»нтс,ь, их скешпаино, . подачу смеси в биореактор, и

чп-р/с'КУ из нею готского продукта.

Реачпаи:]..! полученных срзу.п татс^ в производстве и их техни-

ко-экон?.мич>''скад оц-.-нка. В соответствии о ргсработглиямя тг«.-оогпн1 ми составлен коиаджс шя, входящих и установку для уоарс-т компостирован ил предназначенный для переработки вашьа кк; в аг; фирме "Щапово" (г. Подольск, Юконской оол.), представленный на ( сунке 3.

Рис. 3. Схема технологического кг цесса приготовления торфоншюзн> компоста в биореакторе оар:лаян( типа. Здание Ферми. Z. 1Шйк01 транспортер. Я. Склад торфа л. I грузчик торфа. 5. Тракторгно* с{ ство. 6. Бункер-питатель тсрфа. Бункер-питатель миитр&иьннх добш 8. Двухсекционный опоре-актор f>af банного типа. У. Ыгрузно? усгрс ство. Ю. Транспортное средство.

Система навосоудаления на ферме состоит -иь тн*ковнх транспорт ров. На поперечный транспортер (2) питатели - дозаторы (6, 7) подг торф и минеральные добавки. В процессе удаления навоза по ада! фермы, выгрузной транспортер производит смешивание компонент« загружает торфонавозную смесь в мезо<|>ильйую камеру биорудктора (/ Материал проходит последовательно мезофильную и термс4ильну!о ста; обработки. Готовый продукт выгружается в транспортное средства (! для доставки потребителю или на площадку хранения.

Виореактор представляет собой двухсекционный Оарапан, ос.;, объемом 144 м3 (диаметр 3,Ь м и длина 16 м). Объем м-гю^илънои ка-,ры равен 48 м3, термофильной - 96 м3. Масса .материала, и^уо^ии^гv в биореакторе состявллет 85-90 тонн, проаяводктг-лмг^т:. - 40 т ivo вого продукта в сутки. Загрузка исходной смеси вргчья-пдктея к р « сутки с интервалом в У часа, Объем порции snrpyau'ii-мой ом»-«» ляет 5,5-6 т.

Материал находится в Счюролеторе дг.о.> ■ •уток. Н$.и Krnpr-f-tmi режиме работы в мескагшв.ную камеру барабана под ».•'.•.•<( »'ол.чу.ч ь сгы l.t'O м^/ч, а в термофильную - 1Ш м3/ч.

Псдреснсч' описание конструкции приведено в рммг-. Ра-'ч-т г<г номической vt}«}»;«Ti'i-HOCTH предлагаемой установки иргиг'ьодил^и ид с нованпи проекта реконструкции системы удаления и утилнг.-аши ьаьс ДЛЯ фермы ПО откорму И Hc!V.-fc;! Пч ! Г/j i олов

"C!.a's:r-o" Подольского района К'осковсксл с.о,|«.с,-и. е.»",-с n«.tuгд>>н срааиении с существующей на ферме техж^огией н^п-мог -.?>;,w кВ буртах С НС '"окьзовлнием бульдозер:, д-еоб ня площадке stw,wt(.: п,-

Гедогсй экономический эффект от аэрзционной установки барабан:.' т:ч I производительностью 10800 т компоста в год, по сравнению с твой технологией, составил, с учетом всех издержек на реконструк-Фсрмы - 11,2 тысячи рублей, а в пересчете только на пригоговле-ксмностов - 31,5 тысяч рублей (в ценах 1990 года). Эффективность предложенного технологического процесса приготовил твердых органических удобрений во вращающемся барабане непре-?ого действия по сравнению с бульдозерной технологией складывает-;з снижения объема капитальных вложений, замены технологического ¡.есса и соответствующего комплекса машин и оборудования. Методика расчета технологической линии приготовления органичес-удсбрчний в аэробных бисреакгорах барабанного типа, приведенная йоте, ¡.ключает в себя последовательный расчет выхода- навоза и песгва сырья, необходимого для приготовления исходной смеси. По ■нашим исходным данным рассчитывается производительность уста-■л и объем рабочей камеры биореактора. Определяется максимальная 1ия исходной смеси и время цикла между загрузками, Используя ука-ые значения. производится расчет остального технологического •удования, включающего в себя погрузчики, транспортные средства, .торы - питатели, смесители, подающие и выгрузные транспортеры.

вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Общепринятая технология подготовки навоза КРС к использовано гарантирует выполнения агрохимических, физико - механических эателей и экологических норм, предъявляемых к готовым удобрени-Выгюлнение существующих требований ¡фактически полностью обеспе-ется при 'биотермической переработке навоза КРС в закрытых уста-ах. Для условий России наиболее эффективными являются биореакто-арабанного типа.

2. Традиционно осноеным критерием интенсивности протекания проз компостирования является температура материала. Она зависит от ^выделения, потерь тепла на теплопередачу и испарение воды.. Осле параметры работы биореактора: время запуска, масса гагружае-юрцин, продолжительность цикла зависят от начальной и конечной ;ратуры процесса, теплотехнических свойств материала и описыва-аналитичосккми выражениями 3, 4, 0. ■

У. Происсгдитслыюста бисреактора зависит от интенсивности теп-

ловыделения компостируемой массы! Енесение в исходную смесь различных добавок (минеральных и органических) позволяет сократить процесс компостирования более чзм ь два раза.

4.' Окислительно - восстановительный потенциал и концентрация углекислого rasa в отработанном воздухе являются критериями интенсивности протекания процесса биогершческого разложения и позволяют осуществлять контроль . за объемом подачи воздуха в компостируемую массу.

. ' 5. Оптимальный режим аэрации на различных стадиях процесса биотермического разложения обеспечивается непрерывкой подачей воздуха, сквозь толщу компостируемого материала, в объеме 1,2 - 6 м3/т-ч.

6. Незначительное' сопротивление сдоя компостной смеси движения аэрирующего воздуха (до 50 Па при высоте сдоя до 3 м) позволяет' использовать в биороакторах барабанного типа низконапорные вентиляторы.

'7. Эффективность двухступенчатой установки для последовательной (в мезофильноы и термофильном рзйанач) биотермичесгсой переработка! компостных смесей на основе навоза КРС более чем в два раза превышает производительность установки, работающей только в термофильном режиме. .

8. Основными параметрами биореактора барабанного типа являются: объем барабана, выбираемый с учетом выхода навоза;, отношение длины термофильной камеры к ее диметру (не менее 3:1); степень загрузки барабана (не более 70%); объем подаваемого воздуха; производительность.

5. Проект цеха по производству твердых органических удобрений из навоза КРС и торфа, с использованием двухступенчатого биореактора барабанного типа, для комплекса по вырыциванию 500 голов молодилка в агрофирме "Щапово" Подольского района Московской области разрайотан на основе полученных результатов. Экономический эффект цеха составил 21,6 тыс. руб. в год (в ценах 1990 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работам:

1. Лопес де Гереню В.О. Перспективная технология производства компостоь // Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия,- М-., 1988.т С. 18.

2. Лопес де Гереню В.О. • Новая -технология производства кс:,шестов // Сб. Н. трудов КШГОШЗСХ НЗ РСФСР.- Л:, 1990,- Был. ES.- С." 103-110.

3. Лопес де Гереню Б.0. Способы ускорения производства комаос-тов // Сб. и. трудов НИ1ТИМЗСХ НЗ POICP. - С.Пб:, lüG 1. - £9.- 'С. 95-101

•i. Лопес де Геренв В.О. О выборе конструкции устаииьки ускорен-

кого компостирования // Торф а народном хозяйстве.- Томск, 1991.- С. 172 173.

5. Лопес де Гереню В.О., Сабуров C.B. Динамика содержания элементов питания растений при компостировании торфонавозных смесей // Почв,- агрохим. аспекты упр. продуктивностью агроценозов.- С.Пб:, 1992.- С. 125-128.

5. Лопес де Гереню В.О., Курганова H.H. Некоторые фиэико-хими-ческие и микробиологические аспекта процесса аэробного компостирования // Вестник Российской Академии сельскохозяйственных наук. (В печати)

7. Лопес де Гереню В.О. Обоснование выбора конструкции аэробного биореактора // Сб. н. трудов НШГОМЭСХ КЗ РФ. (В печати)

8. Лопес де Гереню В.О. Анализ температурных полей в биореакторе барабанного типа // Сб. н. трудов НЖПШЭСХ НЗ РФ. (В печати)

РГП ОКГГГБ НИПГНМЗСХ НЗ РСФСР JAK. £6 THP.7J ici5 г.

-fnrt.jl. nc^iuifdUö rt