автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Разработка технологии метанового сбраживания потенциально патогенных животноводческих отходов

Р Г Б ОД

1 В Г'":- Г"'

АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ТУРКЛ1ЕНИСТАНА

им ПРЕЗИДЕНТА ТУРКМЕНИСТАНА АКАДЕМИКА С. А. НИЯЗОВА ИНСТИТУТ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

На правах рукописи УДК 621.472+ 620.92 : 631.861/863

ГУЛАМОВ Какамурад Ходжаевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МЕТАНОВОГО СБРАЖИВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ПАТОГЕННЫХ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ОТХОДОВ

05.14.08 — Преобразование возобновляемых видов энергии и установки на их основе

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

АшгАбат — ш4

Работа выполнена п Институте солнечной энергии Академии сельскохозяйственных ■ наук Туркменистана имени Президента Туркменистана академика С. А. Ниязова.

Научный руководитель: доктор технических наук, чл.-корр. Келов К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Хандурдыев А. кандидат технических наук Бердыев М. Я.

Ведущая организация:

Совхоз «Гарагум» Гяверсского этрапа.

Защита состоится ■ а ¿Ргф'а/'-Р 1995

• у -р

Защита состоится

часов на

заседании Специализированного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора (кандидата) наук Д.2А.013 при Институте солнечной эиергии Академии сельскохозяйственных наук Туркменистана им. Президента Туркменистана академика С. • А. Ниязова (744032, ш. Ашгабат-32, м. Бекреве, Институт солнечной энергии АСХНТ).

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке АН Туркменистана.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного с кандидат технических

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Повышение цен на стоимость традиционных источников анергии и проблемы экологии, вызвали повышенный интерес к нетрадиционным и возобновляемым источникам энерпш (НВИЭ). Основными преимуществами НВИЭ являются практическая неисчерпаемость ч экологическая чистота технологии. * "-..'"

В настоящее время, в различных странах уделяется все большее внимание на разработку новых идей и проектов по внедрению НВИЭ в народное хозяйство.

Одним из перспективных направлений в области НВИЭ является анаэробное метановое сбраживание органических отходов.

Анаэробное метановое сбраживание - это сложный бактериальный процесс, протекающий в анаэробных условиях, который позволяет получать горючий газ (биогаа), улучшить удобрительные качества животноводческих отходов, устранить.неприятные запахи, предотвратить заражение людей и живоглот возбудителей болезней.

Переработка органических отходов сельского хозяйства путем анаэробного метанового сбраживания для получения Слоглаа и биоудобрений закладывает основу для создания в сольсипи хозяйстве безотходной технологии на Сазе животноводческих комплексов.

В то же время специфические условия Туркменистана, в частности, дефицит пресной воды, форма ведения животноводства и др. ставит перед исследователями, работаю;цимн в области анаэробного метанового сбраиипания отходов ШЕотг.аподства новые задачи.

В связи с этим, особую актуальность при исследовании процесса анаэробного метанового сбраживания отходов нивотноводстиа представляют вопроси изучения технологических параметров животноводческих отходов (свиного навоза) не исследованных ранее в нашей стране, а также вопросы интенсификации процесса.

Цель работы - экспериментальные я расчетно-тсоретичсскле нее ледопаш1Я технологических параметров технологии переработки животноводческих отходов, интенсификация процесса анаэробного нетзпово-го сбраживания.

Для достижения цели паял были поставлены я рздмгни следулщио задачи; • • •

1. Исоледоваяп» процесс анаэробного метанового сбраживания свиного навоза при различных плашостях в лабораторных условиях.

2. Исследовать технологические показатели процесса анаэробного метанового сбраживания сеиш; о навоаа в секционном биореакторе.

3; Исследовать влияние Каракумского песка на процесс анаэробного метанового сбраживания навоаа мелкого рогатого скота (MPC).

4.' Исследовать влияние керамаита на процесс анаэробного мета-иового сбраживания навоаов мелкого рогатого скота и крупного скота (КРС).

5. Составить математическую модель распределения температуры и концентрации частиц не переработанного навоза в секционном биореакторе и проверить эту модель экспериментом.

Научная новизна.

1. Исследованы технологические параметры свиного навоаа в лабораторных условиях и на опытно-промышленном секционном биореакторе.

2. Исследованы влияния Каракумского песка на процесс анаэробного метанового сбрашвания навоаа MPC.

3. Исследованы влияния керамзита на процесс анаэробного метанового сбрачошания навоза MPC и КРС.

4. Составлена математическая модель распределения температуры и концентрации частиц не переработанного навоза в секционном биореакторе. Эта модель проверена экспериментально.

На защиту виносптся результаты экспериментальных и расчет-но-теоретических исследований по изучению технологических параметров технологии переработки яятотиоводческих отходов.

Практическая ценность работы.

1. Результаты экспериментальных исследований по анаэробному метановому сбраживанию свиного навоаа при различных влажностяг в лабораторных условиях.

2. Результаты акеяерэдеиталышх исследований по анаэробному метановому сбраживанию свиного навоаа в опытно-промышленной секционном биореакторе.

3. Результаты экспериментальных исследований по влияния Каракумского леска на процесс анаэробного метанового сбраживания наьк-аа ШЧЗ. ,

4. Результаты экспериментальных исследазашШ по влияния керамзита па процесс анаэробного иетанового сбрамшания навоаов UPC и КРС.

- - -........- - 3 - ......__ _____ .

5. Результаты расчетных я экспериментальных исследований по распределению температуры и концентрации частиц не переработанного навоза в секционном биореакторе.

6. Все полученные результаты исследований могут быть использованы при проектировании и строительстве биогазовых установок в составе животноводческие комплексов.

Апробация работы. Результаты работы долаяены на:

1. Туркмено-Иранском научном семинаре по возобновляемым, ис-гочнзогам энергии (ш.Ашгабат, 1993г.); '•

2. Научном семинаре лаборатории Комбинированных ветроэнергетических установок (КВЗУ) Института солнечной энергии (ИСЭ) АСХНТ (и.Ашгабат, 1994г.);

3. Научных семинарах ИСЭ АСХНТ (ш.Ашгабат,1988-1994гг.);

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в

четырнадцати научных работах. '

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы (34 нанмеипва-ний) и содержит 117 страниц, 20 рисунков, 1С таблиц.

Содержание работы.

В первой главе работы проанализированы проблемы переработки отходов свиноводства и особенности Оиореакторов, а таит? методы интенсификация процесса анаэробного метанового сбраживания.

Проведен, обвлрный обзор шгровой литературы по состоянии проблемы переработки отходов свиноводства, перечислены наш существующих конструкция бкореакторов, перерабатывающих органические отходы. Особое внимание уделено так пазйваемш сеторюнним бнореакто-рам, которые обеспечивал! необходг£ау» выдержку сырья в биореакторе, что приводит в свои очередь я уничтожении патогенных микроор-гшшамов. Отмечено пак пологоггелышэ стороны, так и недостатки секционных блорсантороз.

В этой главе такие приведен анализ некоторых оугдесгауннцих методов интенсификации процесса анаэробного метанового сбраживания органических отходов.

На осново провадешгаго анализа с$оркулирояапа постановка задачи.

Вторая глава работы содержит схему н описание лабораторной биогазовой установки (рив.1) и опытно-проишленного биореактора секционного типа (рис. 2), а такие описание методики измерения и

Рис. х : Лабораторная установка по производству биогаза.

типа с использованием солнечной энергии.

- б -

расчета основный технологических параметров процесса метанового сбраживания.

Во всех исследованиях до начала проведения экспериментов определялось содержание гигроскопической влаги (влажности), абсолютно сухого вещества (АСВ), абсолютно сухого органического вещества (АСОВ) и волы по стандартной методике.

Состав образовавшегося биогааа анализировался на гааожид-костиом хроматографе ЛХМ-80 (I модель) с параметрами: гааонооггель

- гелий, ток моста - 100мА, гаасорбент - Полисорб-I, длииа колонки

- 6м, режим - изотермический, давление в системе - 1,9 кг/см расход газа - 13,33 мл/мин. Площади образующихся пиков рассчитывались с помощью цифрового интегратора - Щ-26. Объем образовавшегося Сиогаза (поскольку объем газа изменяется в зависимости от температуры и' давления) приводился к нормальным условиям. Анализ биогааа производился каждые сутки в одно и то же время.

Для анализа результатов и описания процесса анаэробного метанового сбраживания определялись основные технологические показатели процосра: степень конверсии (превращения) органических веществ (ОВ) в.биогаз, интенсивность работы биореактора, биологическая эффективность производства, мощность (максимальная производительность) биореактора, производительность по метану, интенсивность ма-таногенерации.

В третьей- главе работы представлены результаты экспериментов по метановому сбраживанию свиного навоаа в лабораторных условиях при различных влажностях.

Нами был охвачен широкий диапазон влахностей субстрата: 50, 60, 70, 80, 85, 90, 92, 94, 98, 98Х.

Основные технологические показатели процесса метанового сбраживания свиного навоза при рааличных влажностях в ыеао- и „ермо-фильном режимах представлены в таблицах 1 и 2.

Результаты эксперимента по метановому сбраживании свиного навоаа в меаофилыюы решше при различных влажностях показыаамт, что наиболее высокие пакааатоли суммарного выхода биогааа и цотана приходятся на биореакторы Ш и Щ о влажностью SQX и 92Х (рис.З). В то ш время интересно отметить и тот факт, что при алажностас субстрата GOX и 70Х технологические показатели процесса иетанавого сбраживания свиного навоаа ненамного уступают технологическим показателям биореакторов с влажность» S0Ï и 92Z.

Таблица I

Основные технологические показатели процесса метанового сбраживания свиного навоза в мезофильыо:.; рог-лад (+35°С)

Основные технологические! Б я . о р е а к : т о Р н

показатели процесса I % I ! % г "4 ! % » % ! ДЬр ! % 1 ' хО

Суммарный выход биогаза, мл 2160 3435 3400 24Й 2095 4745 4080 3785 2640 1400

СушерныЙ выход ¡летала, мл 1336,5 2026,4 2309,5 1440,3 1382,5 3352,2 2918,2 2534,9 1592,3 таи

УдальвыА выход биогаза, ил/г 16,0 31,8 42,0 44,9 51,7 175,7 188,9 233,6 244,4 259,2

Цасса бяогаза, г 2,4 4,0 3,6 2,8 2,2 4,6 4,1 4,0 3,0 1,6

Степень конверсии, % 1.3 •3,7 4,4 5,2 5,4 17,8 19,0 24,7 27,8 •30,5

Проазвод-ть бяореактора до йаогазу, ;дл/сут 72,0 414,5 113,3 00,7 ' 69,8 158,2 136,0 123,2 88,0 ¿6.7

Интенсивность работы бяог реактора,ьи/ул • суг х 10 14 23 23 . 16 14 30 30 23 20 9,0

Цпсизвод-ть бяореактора но иетацу, ка/сут 44,5 67,5 77 48 46,1 III,7 97,3 84,5 53,1 26,4

Интенсивность ыетаногекэ-рации, ид/гд.сут х 10 18 30 го 19 20 40 40 30 20 10

Еиологяч. эффективность производства, ил 9,9 18,8 28,5 26,7 34,1 124,1 135,1 155,5 147,4 146,5

Относительный выход продукта, % ' 4,0 8,0 10,5 .11,2 12,9 43,9 47,2 53,4 '61Д 64,8

Таблица 2

Основные технодогичестае показатели процесса метанового сбрахивалля. свиного навоза в теркофилыюц режиме (+55°С) • = •.

Основные технологичес-!.

Б и о р

акт о • р ц

кие показатели про-', цеоса !1Х ! Т2 ' Т3 1 т4 1 т5 : 1 Т6 ! ! Т? 1 1 Т9 »

Суммарный выход био- 3040 5100 6380. 4560 2745 8180

газа, ш 7150 5625 3405 1600

Суммарный выход метана, •

ил ; 1892,3 3229,5 5121,6 3009,7 1882 6401,1 5611,6 4155,4 2391,8 975,7

Удельный выход биога- 22,5 47,3 84,6 303,0

эа, кл/т 78,9 67,8 331,0 347,2 315,3 296,3

Пасса бяогаза; г 3,4 5,6 5,8 4,9 2,9 7,6 6,6 5,5 3,5 1.8

Степень конверсии, % .2,5 5,2 7,2 . 9,1 7,2 .28,1 30,5 33,9 32,4 33,3

Провзвод-ть биореактора 1101,3 ' 170,0 212,7 152,0

по биогаву, из/сут . 91,5 272,7 238,3 187,5 113,5 53,3

Интенсивность работа

биореактора, « 1я/о»сут х 10 46 20 34 40 30 18 50 50 40 23 10 .

Вроязвод-ть биореакторг 1 63,1 107,6

«о- иатачу, ия/сут 170,7 100,3 62,7 213,4 187,0 138,5 79,7 32,5

Интенсивность • станете--, иерацпя,мл/ш«сут х 10 25 43 ;

ГО 40 25 80 70 55 30 13

Баологич. эффективность .63,3

производства, вд/г 14,0 29,9 55,8 46,5 237,7 259,8 256,5 221,5 180,7

Относительный выход ч

продукта, % 5,6 11,8 19,7 21,1 16,9 75,7 82,7 86,8 78,8 74,1

л

СЕ I

5оао 4600 4Ш 3800 3400 зоао 2600 ггоа !№• (400 /007-

Им

и

Суммарный &идгаз и мета»

I

<о I

М,

А/,

М3

М4

М1

Мв

Мт Ма А/э .. Мю ¿?ио/оеахтср&

Рис. 3 Сум-ирный выход биогаза к метана дря метановом -сбрикиватш ■ свиного навоза при разллтаых влазностях (мозоч.реглг,:) :

Аналогичная картина наблюдается и а термофильном режиме, где максимальный суммарный выход бногаза и метана приходятся на биореакторы Тб и Т7 с влажностью 90% и 92%. На рис.4., где показаны интенсивность работы- Сиореактора, а также интенсивность метаногене-рации, ввдно что максимумы приходятся на биореакторы Тб и Т7. Так же как и в незофилыюм режиме - ненамного ниже и показатели биореактора с влажностью 70% цр сравнению с максимальными. Это говорзи о том, что, если свиноводческий комплекс расположен в зоне с недостаточным обеспечением воды, то можно перерабатывать свиной навоз и при влажностях 60% или 70%.

Следует отметить еще и тот факт, что исходный и переработанный свиной навоз бил сдан на исследования в Республиканскую саш-тарно-эпидемологичесную станцию (РСЭС). Результаты аналиаов показали, что в переработанном навоае (особенно в термофильном режиме) отсутствуют болезнетворные патогенные шшроорганизмы. Это обстоятельство позволяет использовать переработанный свиной навоз в качестве биоудобрений.

Б четвертой главе приведено описание эксперимента по иетано-вому сбраживанию свиного навоза в термофильном режиме на опыт-но-промышюниой бногазовой установке с секционным Сиореактором (рис. 2). А так же приведены технологические показатели процесса анаэробного метанового сбраживания свиного навоза с влажностью субстрата 90% в термофильном режиме (табл.3).

Проведенный эксперимент на опытно-промышленной Сиогааовой установке с секционным биореактором подтвердил лабораторьло исследования. Т.е. при метановом сбраживании свиного навоза в терыофиль-, ном режиме ликвидируется неприятный а ал ах и погибают болезнетворные ратогенние микроорганизмы, что подтверждено анализами специалистов РСЗС.

В пятой глава представлены результаты экспериментов по влиянии Каракумского песка и керамзита, добавляемых в сбраживаемую смесь, на процесс метанового сбраживания навозов MPC й КРС.

В пустынных районах Туркменистана, где разводится MPC, овечий навоз загрязнен песком, и его очистка от песка связана с дополнительными трудностями. Поэтому наш была поставлена цель выяснить влияние Каракумского песка на процесс метанового сбраживания навоза MPC. Количество песка 0,1,2,3,4, добавлялось таким образом,чтобы не нарушалась исходная влажность сбраживаемой смеси.

юо-806070 60 л?н

40 30 20/0-

О

биоргал-тсра - и//я7Мсио//астг> генграуии.

' N

I

т,

т3

тл

-т—

п

Ту %

тэ

5ио-

Т,а. Реакторы

Рис. 4 Интенсивность работы биореактора и мзтаногенерацяи .свиного навоза ярл различных влакносгях (термофильный режим).

Таблица 31

Основные технологические показатели процесса ; ;

метанового сбраживания ежиного навоза в термофильном режиме.

п/п Технологические показатели

1 . Суммарный выход биогаза, ы3 ' 529.86

г Суммарный повод метана, м3 410.89

3 - Масса биогааа, кг 480.60

4 Степень конверсии, Г 39.90

5 Производительность биореактора по биогазу, м3/сут 17.66

6 Интенсивность биоработы реактора, м3/ы3 0.90

* 7 Производительность биореактора по метану, мэ/сут 13.70

8 Интенсивность метаногенерации, м3/ы3 0.90 .

8 Виадопмеская эффективность, м3 0.34

В таблицах 4 и 5 представлены результаты влияния различной концентрации песка в сбраживаемой смеси на основные технологические показатели процесса метанового сбраживания навоза MPC в мезо- ' и термофильном режимах.

Из таблиц 4 и 5 можно ааметить, что интенсифицирующее влияю» песка на процесс метанового брожения навоза MPC наблюдается при добавлении в сбраииваемую смесь Зг и 4г песка ( в массовых долях. 0,01 и 0,014 соответственно). ■ V

Более наглядно это заметно из рисунков, где показана производительность биореакторов по биогаау в мезофильном ( рис. В ), и в термофильном (рис. 6) режимах.

Таким образом, из проведенных экспериментов установлено, что песок, добавляемый в сбраживаемую смесь в определенном количестве, оказывает интенсифицирующее влияние на процесс метановогр брожения.

Также с целью интенсификации процесса метанового сбраживания в лабораторных условиях были проведены эксперименты по исследовании влияния керамзита, добавляемого в сбраживаемую смесь на процесс брожения. Выбор керамзита в качестве иммобилизирующей поверхности обусловлен тем, что пористая структура керамзита возможно будет способствовать увеличению плтцади поверхности для седиментации микроорганизмов. Эксперимента проводились в двух вариантах :

1) использовался керамзит, не содержащий на своей поверхности адаптированные микроорганизмы ("чистый" керамзит) ;

2) использовался керамзит, отобранный иа работающего биореактора и содержащий на своей поверхности осевшие активные микроорганизмы (второй вариант далее помечен знаком "Д"). . ]

В сбрачотваемую смесь добавлялось 0,2,4,б,8г керамзита.

В таблицах 6 и 7 представлены результаты экспериментов по влиянию керамзита на процесс метанового сбраживания навоза MPC в мезо- и термофильном режимах. В обоих вариантах экспериментов наиболее высокие технологические показатели процесса приходятся на биореакторы с добавлением 8 г (в массовых долях 0,0311 керамзита. Зависимость суммарного выхода метана от концентрации добавляемого керамзита в сбраживаемую смесь (рис. 7) показывает более наглядно результаты эксперимента.

Почти аналогичная картина (в обоих вариантах эксперимента) наблюдается и при добавлении керамзита в сбраживаемую смесь яавоаа КРС. Отличие заключается в том, что там в мезофильном режиме максимум приходится на б г (0,023 Массовые дали) керамзита, а в те-

Таблица 4 ,

результаты влияния различной концентрации песка в сбраживаемой снеси на основные технологические показатели процесса метанового брохения навоза MPC в мезофильном режиме (*35°С).

-1-:-;--—;

I : ~г

| Основные технологические I показатели (процесса

ЕЯ.

иам.

( Биореакторы |

• . • 1 Ml I 1 м2 ....... Мэ >44 М5 1

1 733.9 I I 569.8 | 422.4 356.6 559.7 502.4 1296.2 950.7 1137.6 1 802.1 |

( 4.86 | 2.54 3.10 9.01 8.J7 |

I, 24.46 | 14.08 18.66 43.21 37.92 (

1 4.89-1 2.82 3.73 8.64 7.58 |

1 7.60 I 4.76 6.70 12.68 10.70 I

1 19.0 1 11.89 16.76 31.63 26.74 |

{ 40.13 | 25.11 35.38 * <;: 66.95 ti '1 56.49 |

1 10.70 I 6.16 8.16 • 18.89 16.58 |

(Суммарный вы-|ход биогаза | Суммарный вы-|ход метана (Степень прев-Iращения (кон-¡версия) ОВ в (навозе в био-|газ

(Производи^ |тельность ре-Iактора по (биогазу (Интенсивность | работы биоре-I актора (Интенсивность (метаногенера-|ции-

|Производи-|теЛьности ре-(актора по метану

(Биологическая I эффективность I производства (Относительный I выход продукта

ия ил

мл/сут

мл/мл -сут-10"2

мл/мл '

сут- Ю"2

мл/сут йл/ сут.

X

V

Таблица 5.

Результаты влияния различной концентрации песка в сбраживаемой смеси на основные технологические показатели процесса метанового брожения навоза МРС в термофильном режиме (♦55°С).

1— -------------1 (Основные тех-Iнологические 1показатели |процесса ■ Ед. изм. Б И О р е а к торы

Т1 г- Т2 Тз 1 Т4 1 1 Т5 !

г (Суммарный вы-

|ход биогаза мл 1494.4 1081.1 1468.2 1908.3 1922.8 |

(Суммарный вы-

|ход метана ил 1005.4 867.2 1046.9 1539.7 1597.4 I

(Степень прев-

(ращения (кон-

версия) ОБ в

(навозе в био- ,

I газ X 10.15 6.43 9.43 11.05 10.50 |

(Производи-

тельность ре-

|актора по

Iбиогазу мл/сут 49.81 36.04 48.94 63.61 64.00 |

(Интенсивность

1работы Сиоре- мл/мл - •

I актора сутЧО"2 9.96 7.21 9.79 12.72 12.82 (

(Интенсивность

|метаногенера- ил/ил *

|ции суП0"а 13.40 11.60 14.00 £0.50 21.30 |

IПроизводи-

тельности ре-

|актора по ме-

тану ыл/сут 33.51 28.91 ' 34.00 51.32 53.25 |

(Биологическая

(эффективность

(производства мд/сут 64.60 55.70 67.30 98.90 102.70 |

(Относительный

1 выход продук-

та • X 21..79 —:.,. _____ 15.76 • 21.41 1 .. . _ 27.82 — 28.03 | ..... 1

ло Л/агазу, мл/сут.

40

20

--/

----2

I*

;■« и

' V ,

л..

V / \ / V

/

\ г v

О

Рис.5.

4 6 8 10 /2 Л ¡6 18 20 22 24 26 28 ¿0 Т Влияние концентрации песка в сбраззваемоЭ смеси на производительность бяореактора по бяогазу (иезофялыай рехлм).

I - биореактор М^ (концентр.песка 0,01); 2 - контрольная бхорозктор Мр

-г-12

—Г—

—1— 16

—г-

13

20 22 24 26

28

0

1

Рис.б Влияние концентрации песка в сбраетзгемоЯ смеси на производительность биореактора по биогазу (термофильный рехкм). . '

I - йяоре&таор Т5 (концентр.песка С,014); 2 - контрольный бсореактор Т^.

Таблица б.

Влияние концентрации керамзита на основные технологические показателя процесса ыегаяового брохеняя навоза ИРС в мезофильнои решге (+35°С)

Биореакторн

ТеХНОЛОГИ-ЧОСХЦе ПОК£3£-

тади процесса

А ) \ МИо 4 ) ! 4 )

Г I

! М4(1!4 Л ) I й )

'Суммарный выход биогаза, ил

Суммарный выход метана, ил

«

Производительность по биогазу, кд/сут

Производительность по метану, кл/сут

Интенсивность работы био-? реактора, »длД-Л'Сут х 10

Интенсивность метаногене-рщии, мд/г-сут х 10"*'

Масса биогазо, г

Удельный выход, биогаза.

мл/г

Еаалогическая эфмектквность производства, ш/г

960(1385} 1520(1925) 1060(1875) 1060(1750) 1630(2111)

666(965) 1026(1262) 746(1335) 712(1220) 1007(1613)

32(46,2) 50,7(64,2) 35,3(62,5) 35,3(59,5) 54,3(70,3)

22,2(32,2) 34,2(42,1) 24,9(44,5) 23,7(40,7) 33,6(53,9)

6,4 (9,2) 10,1(12,8) 7,Щ2Г5) 7,1(11,9) 10,9(14,1)

3,9(12,9) 1.0 (1,37) 13,7(16,8) 1,6(2,0) 10,0(17,8) 1,08(1,83) 9,5(16,3) 1,12(1,79) 13,4(21,6) 1,83(1,92)

61,70(89,0) 97,69(123,7) 68,12(120,5) 68,12(114,4) 104,7(135,6)

42,8(62,0) 65,9(81,1) 47,9(85,8) 45,8(78,4) 64,7(104,0)

ОС

I

Таблица 7

Влияние шщзигредш херя«авта па основные гехлолоплеские показатели процесса метанового брсаения иавоаа МРС в термальной рекиш (+55°С)

Биореаеторн ! 1 I 1 1

гаческпе по-

кезагелк процесса ' '_;__[__'

Суыкаршй выход биогаза,

КП 1625(1525) . 2205(2750 ) 2140(2630) 2215(2703 ) 2790(3180)

Су»карна2 выход кетава, ■ :

кя 1481(12'/?) . 1940(2304) 1671(1987) 1824(2065) 2613(2666) (

ЦрОИЗВОДЕТвДЬНОСТЬ ПО V-,

Зйогазу, «¡/сут 54,2(53,2) 73,5(91,7) 71.3(87,7) 73,8(92,7) 93,0(106,0) и>

Драдзводетальность по 1

метану, ьй/сут 49,4(42,6) 64,7(73,8) 58,7(66,2) 60,8(68,8) 67,1(69,5)

Интенсивность работы

"цлА-л^сут 2 10~2 10,83(10,63) 14,7(18,33) 14,27(17,53) 14,77(18,52) 10,6(21,2) Интенсивность кетаногд-

неращш.гл/гсут х Ю"" 9,87(8,Ы) 12,53(15.70 11,74(13,25) 12,16(13,77) 17,42(17,91)

&*сса баогаза, Г 1,27(1,44) 1,8(2,29) 1,Ш(2,51) 1,96(2,69) 2,09(2,7)

Уделышй выход стога за,

ГЛ/Т 104,4(102,5) 142,С(176,7) 137,5(169,0) 142,4(173,7) 173,3(204,4)

Биологическая эффективность производства,I.л/г 35,2(82,1) 124,7(151,5) 1:3,2(127,7) 117,2(132,7) 167,9(172,6)

Степень конверсии, % 8,16(9,25) :1,57(1^,72} 12,15(16,13) 12,6(17,23) 13,43(17,35)

Выход продукта, % 23,7(23,3) 32,2(4,.,:) 31,2(33,3) 32,3(40,5) 40,7(46,4)

•s ,

Ф 14

§ 2

в M

я я

1> -я

£С Я

Я S

§ s

rf со

■о о

са р, <3>

Ci

• s

CT p.. Ш-У

M î

в ü

■v/v 'DHZnUSH ÇPXWf nt9Hdvtv»'fij

и го

к « ё

S S О ГЗ •с?

Я 14

О. о

g i—< о 0Î

ы о. р.

1 1

к о S

« 1 Й

с-«

о ё

cd § • ■

Í-ч в о. а

Е-< И ы

Э £3 (

§

а ш

о К CV

P.

«

Я

es

I

M,

о

со

S

«

со

w 'хыошэш pox/ер TJ/QHC/ohkRJ

-------- - - --------- ----------21 - --------- ---------

термофильной (таяко ка« н в случае с навозом М!'С) на 8 г (0,031 массовая доля) керамзита (таблицы 8,9 и рис. В).

Таким образом, анализ экспериментальных данных свидетельстиу-ет о том, что микроорганизмы, осуществляющие процесс анаэробного метанового брожения, вероятно закрепляются на частица* керамзита. Это обстоятельство позволяет использовать керамзит н качество им-мобилиаирукицеЯ поверхности. Это свойство керамзита можно использовать л Сиореакторах, работанхцих я проточном режиме. Небольшие сетчатые контейнеры, заполненные керамзитом и помещенные н реакционной камере биореактора могут успешно выполнять ролп иммобилизирум-щеЯ поверхности.

В шестой главе приведена математическая модель распределения температуры и концентрации частиц евежеаикраилешюго канона п секционном Сиореакторе и экспериментальная пройерка птой модели.

Принцип работы секционного Онореактора (и нашем случае б оешрй) заключается в той. что первоначально запраплонний навоз вг; всех секциях Онореактора поднергается кии анониму бро.уенню и одинаковых условиях. После определенной зкеишшуш нигруяшм'см юлько последняя (пятая) секция, а дозапранка «юуцеотиляегеи чкре.1 пернув секцию. Так как первые четыре секции еще еод<;р>-лт персраосп.ишш* навоз, вновь дозаправляемое спелым? сырье иа[>о.ши;к-'п:и на нерпой секции во втору», затем из второй в третьи и т.д. В конечном счете, перемешанный со свежим сырьем наша, распределяясь между секциями неравномерно, заполняет первую секцию. При атом частицы свежего сырья максимально попадают в первую секцша.а последние секции принимают все меньше и меньше частиц свежего сырья. Воаыогно, что начиная с определенно** секции,частицы свежо заправленного сырья вообще не попадают в последним секцию, а просто будет нерелниатьси переработанный навоз.

Исходя иа шлзеег азанного, ми сделали предположение, что возможно рассчитать вероятность попадания частиц свеиезаправленного навоаа в последние секции, через изменение температуры в секциях биореактора. Так как непосредственное обнаружение частиц свежего сырья в среде переработанного навоза в секциях онореактора практически невозможно. Поэтому экспериментально намеряй иамененио температуры каждой секции в момент дозаправки, можно отождествлять распределение температуры о распределением частиц.

•Таблица 8

Влияние концентрации керамзита на основные тегнологглеские показатели процесса метанового брожения навоза КРС в кезо^лльнои ре ел.: о (+35°С)

Бпореакторы 1 ! . I . I . 1

Технологические пока- ! И^Ы^ ) ! К2(И2 ) I ад а ) ! М4(К4 п ) Л )

затели процесса ! ! ! 1 1

Суи/хрицК шход биогаза. 1315(1875) 1365(2675)

кл 1630(2095) 1370(2375) 2115(2625)

Суиларный шход кетана, 904(1195) 1130(1306)

мл 916(1431) 1268(1879) 673(1882)

Производительность по шогазу, ш/сут ^ 43,8(62,5) 54,3(69,8) 45,7(79,2) 70,5(87,5) 45,5(89,0)

Производиталыюсть по 37,3(43,5)

метану, ко/сут 33,1(39,8) 30,5(47,7) 42,3(62,6) 29,1(62,7)

Интенсивность работы

биореактора, , о гл/кл»сут х 10х~й 8,77(12,5) 10,87(13,97) 9,13(15,83) 14,1(17,5) 9,1(17,8)

Интенсивность штаноге-о иераш1и,г.'л/мг»сут х 10 6,03(7,97) 7,47(8,71) 6,11(9,54) 6,45(12,53) 5,62(12,55)

Уясса биогаза, г 1,37(2,05) 1,7 (2,32) 1,46(2,69) 2,43(2,63) 1,5(2,7)

Удельный выход биогаза, 66,15(94,3) 82,0(105,4) 69,0(1X9,5)

гл/г 106,4(132,0) 68,7(134,6)

Биологическая эффектив- 45,5(60,2) 56,3(65,7)

ность производства, ил/т 46,1(72,0) 63,6(94,5) 43,9(94,7)

Степень конверсии, $ 6,89(10,31) 8,55(11,67) 7,43(13,53) 12,22(13,23) 7,55(13,58)

Относительный выход продукта, % 16,9(24,1) . 20,9(26,9) 17,6(30,5) 27,1(33,7) 17,5(34,3)

Таблица 9.

Влаякза концентрация керамзита на оснсшые технологические показателя процесса метанового броаенля калоза КРС в тер^идьвои реишэ (+55°С)

Еаорешсторы !

Технолога- ,

чоскне по- 1

казагели I процесса

I - 1 л 1 А 1 л

Т^4 ) ! Т9(Т2Л ) I Т3(Т3Л ) 1 Т4(Т4Л ) ! Т5(Т5Л )

! ~ ! ! !

ОушарныЯ выход биогаза, иг:

Сушарннй выход ;.:от£ла,гл

Производительность по бяогазу, кд/сут

Производительность со г'.етану, кл/сут

Интенсивность работы Споре акторов, 1'л/ш • сут х10'

интенсивность петая о- ? генерации,вд/г • сут -Д0

Касса биогаза, г

Удельный выход биогаза, кл/г

Биологическая »¡фекхив-вость производства,мч/г

Степень конверсии, 2

Относительный шход продукта, %

2415 (2365) 2840 (3215) 2510 (2010) 3230 (3645) 3390 (3910)

2101 (1171) 2577 (2381) 2211 (2114) 2691 (2643) 2325 (3144)

80,5 (73,8) 94,7 (107,2) 63,7 (100,3) 107,7 (121,5) 113,0 (130,3)

70.0 (39,0) 85,9 (73,4) 73,7 (70,5) 89,7 (88,1) 77,5 (104,8) "2 16,1(15,77) 18,93(21,43) 15,73(20,07) 21,53 (24,3) 22,6 (26,07)

14.01 (7,01) 17,18(15,87) 14,74 (14,09) 17,94 (17,62) 15,5 (20,86) 2,0 (2,98) 2,23 (3,12) 2,05 (3,06) 2,62 (3,61) 3,55 (3,51)

121,5(119,0) 143,0(162,0) 125,2(151,4) 162,5(183,3) 170,5(196,7)

105,7(58,9) 12-3,6(119,8) 111,2(106,3) 135,4(132,9) 117,0(153,1) 10,1(15,0) 11,2(15,7) 10,2(15,4) 14,2(18,4) 17,2(17,7)

31,0(30,4) 3-3,4(41,::; 32,2(38,6) 41,5(46,0) 43,5(ЕЮ,2)

В конечном итоге, нами била получена математическая модель распределения температуры в секциях биореактора.

Экспериментальная проверка подтвердила наш предположения о том, что при доааправке биореактора свежим сырьем наиболее сильные изменения температуры происходят в первых трех секциях, а температура в последних двух секциях остается практически неизменной (табл. 10). А так как формулировка задачи расчета безразмерной концентрации частиц вещества идентична с формулировкой задачи для . температуры, то можно принять t = Ck (Ck - концентрация частиц вещества). То есть частицы свежезаправленного сырья не попадают в последние секции биореактора (число секций в биореакторе должно быть не менее четырех).

с Выводы.

1. Проведены лабораторные исследования по анаэробному метановому сбраживанию свиного навоза в мезо- и термофильном режимах при различных влажностях и установлено:

а) в мезо- и термофильном режимах оптимальной влажностью по выходу биогаза и метаногенерации являются влажности 90-92%;

б) по результатам анализов РСЭС, переработанный в лабораторных условиях и на опотно-промышленной биогазовой установке свиной наооз не содержит патогенных микроорганизмов, что позволяет использовать его в качестве биоудобрения.

2. Неорганические примеси - Каракумский лесой, в исследованном нами диапазоне концентраций не только не мешает протекании процесса метанового сбраживания навоза MPC, а наоборот интенсифицирует процесс в определенной концентрации (Зг - в ыеаофюшном режиме, 4 г - в термофильном на 250 г субстрата).

3. По результатам проведенных нами экспериментальных исследований по влиянии керамаита, добавляемого в сбраживаемую ' смесь, на процесс метанового сбраживания навоза MPC установлено, что концентрация керамзита 8 г на 250 г субстрата, оказывает интенсифицирующее влияние в обоих вариантах опыта.

4. Экспериментальным исследованием по влиянии керамзита на процесс метанового сбраживания навоза КРС установлено, что его интенсифицирующее влияние наблюдается при 6-8 г в обоих вариантах опыта, в мезо- и термофильном режимах.

Таблица Ю

Изменение температуры субстрата и секциях Оиороактора после дозаправки свежим сырьем.

( - ■ I NN — ----------- ,, Температура | Л| >п> п О/Ч 1 Номер секции биореактора т

сырья и | I 1 1 1 2 1 1 1 з ■ 4 I 5 I

I 1 ...... 1 Температура | 1 1 1

субстрата до | 35 I 35 • I 35 35 | 35 |

начала доза- | ..... | ..... | 1 |

правки. | "Я* Со | 55 | 55 55 | 65 |

1 О 1 *"* Температура | 1

подаваемого б| 15.3 1 !

биореактор | Г ---- | ---- |

исходного сы-| 14.4 1 1 1

рья. | 1 1 1 1 1 1 1

1 з Температура 1 22.9 1 1 20.9 1 I 33.5 ?4.6 I ?л. ± !

после дозал- | ...... I ...... | ------ ...... |

равки 1 рас- 1 20.3 1 44.3 I 5l.fi 1 с 1 Р ; К! * • ^ 1

чет). 1 1 1

1 4 Темпс-р:|ТУ}'.'1 1 гг. г 1 29.3 1 33. 1 34.7 , 34.6 ■

после доь>ап- ) ------ ...... ( ...... 1

| равки (эксп. Ц ............... |_ 28. I \ 43.1 ■ I 50.6 !>?..У | 54.4 |

* ыезофильнш» режим / термефнльний ре-мим.

П. Разработана математическая модель распределения температуры и концентрации частиц навоза в секционном биореакторе н получено ее экспериментальное подтаеридошие распределения температуры в секциях биореактора.

Оснопное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Колов К., Ахмедов Я., Гуламов К.Х. Влияние каракумского пеСка.добавляемого в сбраживаемую смесь, на процесс метанового

.брожения//Иаиестия АН ТССР, Сер.ФТХ и ГН - 1991.N2.с. 46-51.

2. Колов К., Юферев K.P., Гуламов К.Х., Ахмедов Я. Использование керамзита для интенсификации процесса метанового брожения органических отходов животноводитва//Мэвестия АН ТССР, Сер.ФТХ и ГН - 1991.N5. с.42-49.

(Ч. A.c. 1500030 СССР. Ферментатор-газгольдер для производства биогааа из навозной жижи//Балкули Б., Байрамов Р., Келов К., Ахмедов Я., Гуламов К.Х., Юферев И. Р., Кашаиов А., Чопанов М.

4. A.c. 1390197 СССР. Ферментатор-газгольдер для производства биогаза иа налоаной жижи//Келов К., Юферев И.Р., Хощдурдыев Х.О., Гуламов Г.X., Чопанов И., Кашаиов А.

5. Байрамов Р., Келов К., Гуламов К.X., Чопанов М., Хошдурды-ев Х.О. Получение биогаза из сельскохозяйственных отходов с использованием солнечной энергии//Известия АН ТССР, Сер.ФТХ и ГН 1087, N3. с. 100-102. .

6. Байрамов Р., Келов К., Гуламов К.Х., Чопанов И.,Кочунов А. Получение горючего газа из сельскохозяйственных отходов о использованием солнечной э»ергни//Научн.-практ. конф об использ. соли, знерг. в и/хоа-ве и воаможн.социально-бытовые преобразования села в усл-х ТССР Tea.докл.-Ашхабад 1983.

7. Байрамов Р., Келов К., Гуламов К.Х., Чопанов М. .Кочумов А. Изучение характеристик биогазовой установки//Научн.-практ. конф об испольа. солн. энерг. в н/хоа-ве и воаможн.соц.-но -бытовые пре-обр-я села в усл-х ТССР Tea.докл.-Ашхабад 1983.

8. Келов X., Юферев И. Р., Гуламов К.Х., Хощдурднев Х.О. Влияние концентрации високоминералиаованной воды на динамику образования метана в составе биогааа//II Всесоюан.совещание "Техн. биоэнергетика"- Tea. докл. - Саратов, 17-19 сент,1985г.

9. Кедов К., Юфереп И. Р., Гулаиов К.Х., Хпшдурдиен Х.О. Или mme сухого вещества на процесс метанового брожения// II Ес<*:и-мзн.совещание "Техн. биоэнергетика"- Tea. докл. - Саратов, 17-1:1 сент,1985г.

10. Келоа К., й'-ерен И. Р., Гулакоп К.Х., ХошАурдиен X. f1. Исследование процесса микробиологической конверсии навоза 12 h биогаз с использованием минерализованной води для 'разбавления исходного с/бстрата//В сб.: йтехш-ла -DO. Tea. докл.

конф. - М. 1986 - Ч. 1. - О. 93.

11. Юферев И. Р., Хошдурдиев Х.О., Гуламоц К.Х., Келон К. Влияюю концентрат« сухого вещества на производительнойгь процесса микробиологической конверсии навоза UPC в Оиогаз// Процессы и аппараты для микробиологических производств. - Биотехника - й">. / Тезисы докл. Всесоюан. конф. 1-3 июли 1986 г., Грозный, М., 10Ш - 4.1. с.92.

12. Келон К., Кашлноп A., СУллнор К.Х. , Хоадурд«)« Х.О. К ли нне нллмнооти сбрамшаемого субстрата на динамику «бранена.(;.■: га л а и его состав в меуофшышм и термофильном режимах// Нололг,::-) паиие в народном хозяйстве возобновляв!« кигичитил пясрх-н,:. Ылыл, 1ШИ, с. 132-14И.

13. Келоп К. , Гуламои К.Х. Итгиыатиче-ское оиисанно пр^ц;^:- . распределения температуры и концентрации введенного суЛ'.л секциях биогазопого реш<тг}ра//Иавест>ш Al! TCt.'S*, Cap. <iTX и til, iM, 1390, с. 63-Ш.

14. Bairamov R.B., Kolov K.K., Chopanov И., Gulaww K.H. Methane fermentation of potatoes and o»ions//Joint Turkiv.oii-li'.m'.c scientific seminar o.i rene иаЫа souroos of energy- AsiiuaLat ¿»¡pi. 1993.-p.254- 2S1.

- аз -

К X. Гуломог.ьн техники ыльмларшш кандидаты диен алшльк де-рсцсоипи алмак учин "Малдарчылыгьи кесел доретмэге укыЗы болан галшдылорж метоп туршамасы техиологиясьиь« ишлэп дузмек" диен темпдпп япан диссертациясмид'

Нкспоримоитал хем-де теоретики хасапламар аркалы малдарчы-лмс гплшлыпаршы тэзодеп ишлемок техиологиясьиь« технологики па-;).'1Мг>трлори1ши барлаглары, анаэробик ягдайда метан туршамасы про-иессиниц иптенси^мкациясшьи геоегчиликлери гечирлендир.

Доцуз дерсини гайтадан ишлёмек техиологиясьиь« лаборатория шерт чорииде хом-де айры-айры секциялы сенагят-сышг биореакторьи-да те хнологики параметрлери. • Гарагум чагесидир, керамзидин метан туршамасы нроцесоино тосирлери бэрлагдан гечирлендир. Биореакто-рьи сс.'кцияларьида темлератураньн пайланшьиьн математики модели дуоулуп, онуц комеги билен ишленмедик дерсии бележиклеринии сек-циялар бошча пайланшыш евренилди. оны техрибеде барланып герул-ди.

Л/план нетихедер тозе проект ве конструкторчылык ишлери ге-чирленде пейдаланылды.

РЕФЕРАТЫ

Заказ №1X80 <4-0//О/ Тираж МО

Индивидуальное предприятие «ГАРЛЛВАЧ»

"44012 г. Лшгабят, ул. Сояетских пограиичннкип, 92а.