автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Ресурсосберегающая природоохранная технология утилизации птичьего помета

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ НАУЧШ-ИССЩОВАТЮ1ШШ и ПРОШЖЗ-ТЕХНОДОГИЧЕСШ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЗЛЕКШ'&КАШй СЕНЬСИЗГО ХОЗЯЙСТВА.

На : равах рукописи

ПРОСаИРНИН Валерий 1)рьевич

РВСУРОЗСВЕРП'ДИДАЯ ПРИРОДООХРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА

I

Специальность 05.20.01

Механизация сельскохозяйственного" производства

«

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технииг^ких наук

БШ'0в2ц1НС.< 1УУ1 Г.

А' / & ¿¿//А,

Работа выполнена в Иркутском сельскохозяйст енном институте (И СХИ).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Евт -ев В.1С.

Официальные оппоненты:доктор наук, профессор,

член-корреспондент Россельхозакадаши Лазовский З.В. -

кандидат технических н^у.-:, доцент Ковнльчук ¿.II.

Бэдущая организация: Иркутский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства (ИркНОДСХ)

3.1^ита состоится ' 20 в Ул'ч. на эасе-

д^лйи специализированного Совета £ 020.60.01 по присуждению уче -ной степени кандидата технических наук в Дальневосточьом научно-исследовательской и проектно-технологическом институте механиза -ция : элекрификаиии сельского хозяйства по адресу: 675027, Благовещенск, .ул. Василенко,5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосто -чного "чучно-исследовательскс.о и проектно-технологического инс -титута механизации и электрификации сельского хозяйства.

Автореферат разослан ■ ■ 1Ю1 г.

Ученый секретарь <"//

спешализированного Совета П^асяхлр*

VI

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы. При промышленном производстве продукции птицеводства, когда на ограниченном пространстве создается в ;о-кая концентрация птицы, птицеводческое предприятие является крупнейшим потребителем энергии, экологическая проблема становится одной из самых острых. Анализ птицеводчески: предприятий Иркутской области показывает, что в настоящее время, вопросы утилиза -пии птичьего помета не решены. Жидкий помет в нативном состоянии распределяется по поверхности и запахивается в почву. Недостаточно отработанные технологии утилизации помета вызывают: экономические, экологические и социальные издержки, затрудняющие функционирование птицефабрик.

Энергия, заключенная в кормах, потребляемых птицей, непол -ностыо используется ее организмом. Значительная часть ее выделяется с пометом, что обуславливает определенную энергетическую ценность помета. Современные способы утилизации либо требуют затраты дополнительной энергии, порой очень значительной, лг1о сопро -воздаются потерей энергетических потенциальных возможностей помета. При этом, они все, как правило, приводят к потере значительной части биогенных веществ. Перспективной в сложившейся ситуации может быть утилизация птичьего помета с помощьо технологической линии, включающей в сеСя в качестве основного элемента биоэне ^е-тическую установку (БаУ). С точки зрения получения энергии эта технология наиболее экологически чистая, так как является упорядоченным естественным продолжением бшконверсии орган ичэскогс^ве-щества птичьего помета в природе. Она позволяет получить энергию в виде биогаза с теплотой сгорания 20-24 !<й®, а также пенное органическое удобрение.

Настоящая работа выполнялась в соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 608 от 23 мая 1У8о г., Мероприятий Госплана СССР, Бюро СМ СССР по топлквноэ нергетическс^у комплексу и Госкомитета СССР по науке и технике & 741 от 2У декабря 1986 г., Целевой программой "Энергетический комплекс Сибири" и по своей направленности отвечает программе Госкомитет- СССР по науке и технике и.'Я.иВ. и по реализации плана НИР Иркутского сельскохозяйственного института по теме П I номер государственной регестрапии 01660130129 "Разработать технологические приёмы комплексного использования птичьего помёта при орошении сельскохозяйственных культур, обеспечиващие повышение их уро-

тайности и получение дополнительной энергии в условиях Иркутской области" и по теме хозяйственного договора № 226 номер государственной регистрации 0187007УВУ5 " Технология переработки птичьего помета с биоконверсией для получения топлива и удобрения".

Цель работы - исследование энергетических параметров био -энергетической установки в поточных технологических линиях по ресурсосберегающей природоохранной утилизации птичьего помета.

Объект и методика исследований. Объектом исследования является технологический процесс ресурсосберегающей утилизации пти -чьего помета, включающий в себя в качестве основного элемента БЗУ. Эксперементальные исследования выполнялись на эксперимен -тальной БЗУ с использованием реального куринного помета. При проведении опытов применялась математическая теория планирования многофакторного эксперимента. Определение физических, величин проводилось по стандартным методикам. Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики.

Научная новизна работы. Обоснован подход к формальному описанию процесса анаэробного сбраживания на основе имитационного моделирования. Получены имитационные модели, отражащие энергетические параметры БЗУ. По утилизации птичьего помета создана методика моделирования производства товарной энергии в БЗУ на основе энергетического баланса.

Практичебкая ценность и реализация результатов исследований. Разработанная методика имитационного моделирования позволяет создавать математические модели функционирования Бау, обладающие определенной гибкостью и способностью к самосовершенствованию. Разработанная методика моделирования производства товарной энергии, позволяющая принимать оптимальное рзгение в процессе функционирования ШУ и задаваться конструктивными параметрами при проектировании. Результаты исследований использовались при разработке технического задания на проектирования БЗУ для Мель-никовской птицефабрики Иркутской области, а также при составлении комплексной программы развития энергетики Иркутской области.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях Иркутского C£i в 1У85-1УУ1 гг., на областной научно-технической конференции "Молодые учёные и новаторы производства Приангарья в Спрьбе па технический прогресс" в г.Иркутске в 1986 г., на II и III зональных научно-производственных конференциях молодых ученых л специалистов "Пути повышения эффективности сельскохозяйствен-

ного производства в Восточной Сибири" в г.Красноярске в 1У87 и 19УО гг. на совещании по технической биоэнергетике "Биогаз-87" в г. Риге в 1У87г., на республиканской научно-технической конференции "Анаэробная биологическая обработка сточных вод" в г. Кишеневе в 1у88г., на Всесоюзной научно-практической конферен -ции " Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе" в г.Новосибирске в 1989 г., на научно-практической конференции Иркутского НИИСХ в 1У90 г., на конференции "Энергосбережение в сельском хозяйстве" в г.Киеве в 1УУ0г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 9 печатных работах.

Объем диссертации. Диссертация изложена на 1У4 страницах машинописного текста и включает 20 таблиц и 41 рисунок. Она состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, перечня использованной литературы из 121 наименования, в том числе 15 зарубежных и 12 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе X. проведен анализ способов переработки птичьего помета, исходя из энерго-и ресурсосбережения, экологической чистоты.

Перспективным направлением утилизации птичьего помета считается биологическая его обработка. Наибольшее распространение получили аэробные способы, такие как компостирование, аэробная стабилизация. Недостатком компостирования является большая потеря биогенных веществ. Для аэробной стабилизации характерны % высокие затраты внешней энергии на нормальное протекание процесса. Все выше названные способы утилизации не позволяют в полной мере использовать потенциал энергии, заключенный в помете.

Весьма перспективным считается анаэробное сбрааивание. Это? способ позволяет, в значительной степени, обеззараживать, проводить дегельминтизацию, девителизаиию, дезодорацию птичьего поме -та. rice биогенные вещества при этом сохраняются, а азот перехо -дит в более усваеваеыую ,орму для растений - аммиачную. Выделяемый в результате сбраживания биогаз является возобновляемым сырьем для производства энергии, которой достаточно не только для по-

крытия энергозатрат не поддержание процесса, но г для использования на другие нуадч.

Значительный аклад в исследование процесса анаэробного сбраживания сельскохозяйственны' отходов внесли Г.Д. Ананкагвили, М.В. Бекер, С.Д. Варфоломеев, Н.В. Горбунова, П.И. Гриднев, B.C. Дуброгский, В.К. Евтеев, Г.А, Заварзин, C.B. Калюжный, И.йелов, A.A. Ковалев, Н.Г. Ковалев, В.П. Лосяков, P.A. Мельник, Г.Е. Мовсесов, A.tl. Ножевникова, В.Н. Павличенко, Е.С. Панцхава, ¿.Г. Прищеп, Д.В. Унгуряну, B.Ii. Шрамчов, В.Г. Янко и другие ученые.

При р'ссмотрёнии микробиологических, биохимических, и техно-лсичезхих основ процесса анаэробного сбраживания выявлен ряд ф| лоров, Ol лзывавщих влияние на его течение, в той или иной ci засну.. Необходим метод, позволящий определить наиболее значимые факторы, окаяиващие влияние на процесс анаэробного сбражи -ванич, а также их количественные значения, соответствупцие эффективному течеш з этого процесса.

Процесс анаэробного сбраживания можно характеризовать следу-юцими формальньми параметрами: энергетические, экологические, со-циа .ные, агройиохиыические. В любом случае, при рассмотрении этих пар*.метров необходимо проводить их экономическую опенку.При анализе энергетических параметров процесса анаэробного сбраживания ис одят в основном из объема получаемого биогаза. При этом редко учитывается, что энерге"ическая ценность любого энергоносителя зависит от его качества. Оценка процесса, с точки зрения его энергетических возможностей, только до количеству биогаза недостаточно корректна. Требуется введение специальных параметров Зол з полно отражащйх энергетиче уч сторону процесса.

Известнее математические модели, отражающие процесс анаэробного сбраживания, можно разделить на дг групш: первая основана на кинетике ферментатиыых биохимических реакций; вторая, на основе химического состава сбраживаемого су страта. Моделям присуце больпое количество различи-/ коз; .ишснтов, которые определится, эксперементальным путем, что естественно снижает точность г ^счётных результатов. К тому же, кинетические моделг, призваны отражать кинетику развития процесса, тогда как для отр жания реальных событий в E: V требуется динамическая модель, так как подавляпцее большинствометантенков работает в црохочшш р^ише.

Важным моментом является также- то, что эти модели статичны, то есть не обладают способностью к изменению в случае появления неучтенного значимого фактора. Тагам образом, требуется модель, отражают l-t процесс анаэробного сбраживания в динамике, которг ■ бы содержала минимальное количество коэффициентов, была простЛ по форме, удобной для пользователя, основанной на принципиально ином подходе к решению данной проблемы.

На основе анализа априорной информации я цели данной работы, сформулированы основные задачи исследований: разработать методику имитационного моделирования, позволяющую создавать формальные модели, способные гибко отражать сложные биохимические процессы, происходящие при анаэробном сбраживании; выделить параметры анаэробного сбраживания, позволяющие корректно оценивать ere энергетическую сторону; создать имитационные модели, отражайте энерге- . тическив Возможности процесса анаэробного сбраживания птичьего помета; разработать методику моделирования производства товарной энергии в БйУ; определить рациональные размера реактора БЗУ и значения технологических параметров, в зависимости от вгчяния внешних факторов в условиях Восточной Сибири.

В главе 2 приведено обоснование методики математического моделирования процесса анаэробного сбраживания на основе имитационного моделирования с использованием регрвссивнного анализа.

В связи с тем, чт" в сбраживании участвуют сложные биологические и химические процессы, описание полного механизма явления в виде детерминированной функции, в настоящее время, не яредстаэ-яяегежлозиовныа. Поэтсму: необходимо создание апроксимирующе^ функции, описывающей поведение системы на современном уровне знаний. Целесообразней, в данной ситуации, принят^ статистическую модель. С этой целью разработана методика имитационного i годели-рования процесса анаэробного сбраживания в БУУ, представленная в виде блок-схемы на рис.1. Учитывая особенности прбпесса анаэробного сбраживрчия, методика, в отличии от подобных в других областях знания, во-первых, предусматривает учёт воздействующих факторов на процесс и их ранжирование. Предварительное исследование факторов позволяет выявить ключевые, что значительно снижает количество опь::ов, которые при изучении анаэробного сбраживания очень продолжительные я требуют больших затрат.Во-вторых, обладает способностью к самосовершенствованию при накоплении статистического материала, то есть учитывает возможность, в случае необходимости, ввода в модель нового фактора, что весьма

9 Используются для оптимизаций и ис-1 следования анаэ- I робного сбражива-I ния.а также применять в практи- | ческих целях

Рис Л. Блок-схема подхода к-решению" задачи создания иолиташокных математических'моделей процесса анаэробного сбраживания

вероятно для процесса анаэробного сбраживания ввиду его специфичности. Работа с моделью должна проводаться по мбре необходимости с использованием данных пассивного эксперимента.

Отличительной особенностью утилизации помета с использованием БЗУ является то, что еэ можно рассматривать как локальный •1СТОЧН1Ш энергии для сельскохозяйственного предприятия. Поэтому рассмотрены энергетические потоки, проходящие через БЗУ (рис.2). Приходная часть энергетического баланса БЭУ обладает потенциалом энергии, заключенным в помете^7". Выходная часть делится иа два потока. Первый поток - это количество энергии, выходящее из БЗУ с переработанным субстратом второй поток В1 ходит в виде био-

газа Ц5, получаемой в результате конверсии определенной додж

63У

тт

а г-_От

I)

у

_ <7

Рис. 2. Блок-схема основных энергетических потоков, проходящих через биоэнергетическую установку

органического вещества в БЗУ. Количество энергии, получаемо? в виде биогаза, можно "определить с помощью имитационных моделей. Как известно, для эффективного течения процесса анаэробного сбра-иивания необходимы затраты энергия , шсполяяелшэ посредством перераспределения части энергии биогаза. Оставшееся количество энергии составит товарную энергию которая может быть направлена на различные нужды сельскохозяйственного производства. Основное количество энергии, в инженерных БЭУ, затрачивается на поддержание температурного режима в реакторе: во-первых, на стадии Подготовка субстрата к использованию его в технологическом процессе метанового сбраживания, то есть на предварительный нагрев до номинальной температуры; во-вторых, на поддержание заданной температуры в течение всего периода эксплуатации Бей', доля затрат энергии Д7/ на предварительный нагрев внйдет_из БЗУ совместно с потоком переработанного субсрата. ¿энергия Фи затраченная на поддержание температуры в реакторе, обусловлена потерями тепла через поверхности реактора.

В качестве параметра оптимизации логичнее принять ныход товарной энергии. Принимать в качестве такого параметра затраты энергии не имеет смысла. Коякчество энергии, заключенное в переработанном субстрате, позволяет енить его потенциальные удобрительные свойства, как органического удобрения. Но ь данном случае эта величина не будет определяющей по двум причинам:во-первых, ценность органического удобрения определяется во многом гумусооб-

разуящшм веществами, а о.-я практически не теряются при переработке в БаУ; во-вторчх, биогаз образуется в ре; яхьтате биоконверсии легко раэла аемлс органических веществ, которые при взаимодействии с воздузха быстро уяетучиваь.гся.

Увеличение выхода toi арной энергии можно достичь двумя путями: за счёт перераспределения части энергии, заключенной в пе-рера зтакном субстрате, в энергию биогаза; уменьшением затрат тепловой энергии, необходимой дня эффективного течения процесса анаэробного сбраживания, определяемых конструктивными факторами. Повышение энергссговарности возм ожно за счёт увеличения выхода энергии I/. . : '/ora.j i путем набора определенных значений управ-чеш х технологических факторов. Кроме их на выход товарной энер-ш окажут влияния и неуправляемые климатические факторы.

■Репекие задачи возможно с помощью системы уравнений:

{Qj:Q5-Qn ■ [Q»\{(6AAT6. Тс,H?6, der, Зет, 6и) ш

гд 3 - влажность сбраживаемого субстрата;

• - доза загрузки субстрата в реактор;

Кй - плотность загрузки субстрата в реактор

в течение суток; Тс - температура среда сбраживания; 6и - объем, утилизированного помета; 7- температура воздуха; ¿¿¡£ - скорость движения воздушных масс; ^ст - толщина тсипизоляшюгшого слоя; Jfcr - теплотехнические свойства теплоизоляционного слоя.

Таким образом, в зависимости от климатических и конструктивных факторов, с томощью метода дин.-мичесгого программирования, можно определить оптимальное решение, поэволлицие эффективно управлять работой БЭУ.

Ь главе 3 представлены пррграмма и общая методика эксперемен-тального исследования процесса анаэробного сбраживания, дано описание эксперементальной установки и частных методик.-

На основе анализа факторов, определяющих процесс метанового "ейра^жтам д _ к 1шм при ш^ашфоваша '

У

эксперимента, принято решение варьировать в опытах факторами: влажность сбраживаемого сустрата - Х^ на уровнях 85 и доза загрузки субстрата в реактор - ^ на. уровнях 2,5; 15; 20%; кратность загрузки субстрата в реактор в течение суток - ^ на уровнях I и 3 раза в сутки; температура среды сбражиг ния-Х^ на уровнях 35° С (мезофильный) и 55° С (термофильный).

Доверительная вероятность при оценке моделей, исходя из практических соображений, принята Для проверки гипотезы об адекватности моделей использовался критерий Фишера. Проверка значимости отдельных коэффициентов регрессии производилась независимо, с помощью критерия Стъюдента. Отсутствие автокорреляции остатков устанавливалась по критерию Дарбина-Уотсона. В качестве меры эффективности модели использовался коэффициент множественной детерминации.

Обработка экспериментальных данных проводилась методом шагового регрессивного анализа, по составленной программе с привлечением стандартных программ, на ЭВМ с использованием языка матема -тического программирования ФОРТРАН.

В главе 4 приведены результаты и" анализ экспериментальных исследований. Получены имитационные модели, предегавленнке в кодированной форме:

- выхода биогаза с единицы рабочего объема ферментера

- выход биогаза с единицы загружаемого абсолютно сухого органического вещества

(3>

(4)

(5)

(6)

Множественный коэффициент детерминации имеет значения для моделей от 0,8Ув до 0.0УУ0. На основании анализа, с точки срения математической статистики, порученные модели являются адекватны:«', реальному процессу.

Помимо статистического анализа проведена верификация моделей.

Наиболае значим«» фактором, как правило, положительного

Уг = ■ 0,061

- качества биогаза

- ' £>0922,%,

- энерговыделения

- энергоотдачи

. У** -/?/*?-0//<и\

действия является влажность сбраживаемого субстрата. Наличие влаги обязательное условие существования анаэробных микроорганиз-. мов. Увеличение влажности приводит к большей конверсии беззольного вещества субстрата в биогаз. Полученная оценка влияния влажности субстрата на энергетические параметр!, процесса анаэробного сорааиваыш не противоречит оощедринятнм взглядам 2 результатам других авторов.

Не менее значимым является доза загрузки субстрата в реак -тор: В моделях, отражащих количественную сторону процесса 12 и 5), действие факторов положительно, & в моделях, выражающих на -чественную сторону 13 и 6), действие отрицательное. Чем длительнее пребывание органического вещества в реакторе, тем больше вы-: ход биогаза с единицы загружаемого беззольного вещества, при этом доля метана в общем объеме биогаза увеличивается. С увеличением дозы загрузки в реактор поступает большее количество органического вещества, способного достаточно быстро разложиться под действием метаногенных микроорганизмов с выделением биогаза. Поэтому количественные показатели, отражающие эффективность работы единицы рабочего объема реактора, увеличивается, а качественные ухудшаются.

Кратность загрузки субстрата в реактор в течение суток на исследуемые параметры значимого влияния не оказал. Вероятнее всего это объясняется "инертностьв" процесса, то есть дробление дозы загрузки в течение суток является достаточно кратковременным возмущением относительно периода развития биохимических процессов, происходящих в реакторе.

Температурный режим сбраживания не дал ожидаемых результатов. Термофильный режим не только не улучшил параметры процесса, но и привел к ухудшению показателей в моделях (4 и 6). Вероятно термофильная культура, как наиболее подверженная внешним влияниям, нн-гибировалась высокой концентрацией аммония, характерной для птичьего помета.

■ Помимо воздействия непосредственно факторов, достаточно значимым для моделей (2 и 5) явилось и взаимодействие влажности и дозы загрузки. Оно позволяет привести дозу загрузки выраженной с процентах от объема реактора к дозе загрузки по органическому веществу, способному к разложении ыетаногеннымл ц-.î -^организмами.

На основе полученных моделей проведены имитационные эксперименты, и построены Цомограымы в заданном диапазоне варьировали факторов. На рис.3 представлена номограмма зависимости энерговвде-

ления от дозы загрузки органического вещества в реактор и влажности сбраживаемого субстрата. Определенного уровня энерговыделения можно добиться не только значительной дозой загрузки органического вещества, то есть материала, способного под действием анаэробных микроорганизмов разлагаться с выделением биогаза, но также и за счёт более интенсивной конверсии органического вещества и био-газ при относительно высокой влажности обрабатываемого птичьего помета.

Рис.4 отражает результаты имитационных экспериментов, проведенных с моделью (6). Данная номограмма показывает зависимость энергоотдачи от влажности сбраживаемого субстрата и дозы загрузки органического вещества, в меэофильном режиме, так как он более выгоден. При анализе номограммы 1рис.4) видно, что с увеличением влажности сбраживаемого субстрата интенсивность энергоотдачи заметно падает, при повышении дозы загрузки. При низших значениях влажности энергоотдача менее зависит от поданного количества органического вещества, система не справляется с количеством вещества,способного к биологической конверсии. Реактор в таком режиме работает не эффективно, так как значительная часть органики проходит транзитом в реакторе, не подверженная анаэробной стабилизации. Уто приводит к бесполезной трате энергии на загрузку, выгрузку, нагрев и поддержание температуры этого "баласта", а также пропорциональному отчуждению части рабочего пространства реактора; Результаты и/итанионных экспериментов, проведенных с моделями (2 и 3), шеют общую закономерность с результатами, полученными по моделям {5 и 6), но в частностях они различны. Параметры, отражащие энергетические возможности процесса анаэробного сбраживания, в значительной степени определяются выходом биогаза, но тем не менее индиффизировать их нельзя, что обусловлено достаточно значимым влиянием качества биогаэа. Это еще раз указывает на необходимость ввода специальных параметров для корректной оценки процесса анаэробного сбраживания с энергетической точки зрения, в отличии от ныне существующей только по выходе биогаза._

На основе методики моделирования производства товарной энергии з биоэнергетических установках и разработанной на ее базе программы смоделирован выход товарной энергии в различных ситуациях. Результаты моделирования для случая: численность поголовья птицы - 35 тыс. кур-несулек; толщина теплоизоляционного слоя-30 см., изображены на рис.5. Выход товарной энергии не является вели-

чиной постоянной и в значительной степени зависит от значений таких факторов, как доза загрузки субстрата в реактор

Н&а.

**сгг

ьо

¿0

3? «

1-I»

I

вламносто

1 -35%

2 - 8?%

3 ~ 89%

4 - 91%

5 - 93%

6 • 95%

аг 1 Оога загру$ии

К5

2.5

Рис.3. Зависимость энерговыделения от дозь. загрузки по беззольноиу веществу

блсихнастб 1 - 85%

г

5 -83%

4 ~ 97% , У -

6 - 45%

45 /

лзгеузхи

<5

Рис.4. Зависимость энергоотдачи от дозы загрузки со

беззольному ве^еетду

и влажность сбраживаемого субстрата. Максимальному значении выхода товарной энергии в заданной ситуации, соответствует: доза загрузки субстрата в реактор - 5 % и влажность сбраживаемого субстрата - При этом, объем реактора биоэнергетической установки составляет 473 иа.

Рис. Ь.

Ььтход товарной энергии от доз» загрузки и влажности субстрата, толщине теплоизоляционного слоя 30 см и поголовье 35 тыс. кур-несушек

Для исследования влияния численности поголовья птиш, щ)И сбраживании всего помета в одном резервуаре, смоделированы ситуации при различном поголовьи кур-несушек. Оптимальное реиение по максимальному выходу товарной энергии, не является величиной постоянной и зависит от поголовья птиш, что в свою очере ;ь существенно влияет на размеры реактора метантенка. При малом поголовье птицы и как следствие относительно низком количестве выхода помета оптимальное реиение дозы загрузки субстрата в реактор имеот сравнительно высокие значения- 5%, а влажность обрабатываемого субстрата низкие - С увеличением поголовья оптимальные решения отклоняются, дозы загрузки к минимальнкм-- 2,Ь%, а влажность наоборот к большим значениям -У3%. При малых обьемах реактора существенное влияние на выход товарной энергии оказывают тепловые потери. Определяющей является количественная сторона процесса. При больших объемах реактора количественная сторона уступает качественной. Нарастание товарной энергии происходит за счёт более глубокой бкоконверсии органического вещества. _

Выход товарной энергии "в тержхукдыюи рехиме еораышашш значительно меньше, чем в мезофкльном. При этом неравномерность его значительна, сто объясняется, во-первых, значительными затратами анергии на нагрев субстрата до номинальной рабочей температурь, сбраживания в термофильном режиме, а во-вторых, также значительны затраты энергии на поддержание этого режима, в тоже время, термофильный режим на выход энергии положительного влияния не оказывает.

При базовых данных максимальному значению энергетического КПД БЗУ соответствуют: доза" загрузки -7,5% и влажность сбраживаемого субстрата -89/5. Расчётный обьем реактора, в этих условиях, составляет 1УУ ¡лэ. Смещение оптимальных значений факторов, в этом случае направлено в сторону увеличения .нтенсивности процесса анаэробного сбракивакия, что осуществляется за счёт его качества. Наибольшему показателю энергетического «ШД БУУ соответствует максимальное приразенке товарной энергии на единицу изменения значения факюр;..

В пятой главе представлена методика определешя экономнее -кой эффективности внедрения технологии переработки птичьего помета с использованием БЪУ, При определении эвономическсй эффективности важно учитывать весь комплекс положительных эффектов, таг-ж*: как энергетический, экологический, социальный, агро<5иохимический.

Энергетический эффект обусловлен экономией первичного энергоресурса, за счёт замещения его биогаэом. Экологический эффект определён: во-первых, снижением от загрязнения воздушной среды от вредных Еыбросов прй сгорании топлива; во-вторых, за счёт уменьшения ущерба от загрязнения почвы. Снижение ущерба от уменьшения заболеваемости населения инфекционными болезнями, напрямую или косвенно связанных с птицеводческими предприятиями, опреде-: ляет социальный эффект. Агробиохимический эффект обусловлен улучшением качества птичьего помёта, как органического удобрения, после обработки его в БЭУ.

Годовой экономический эффект от анедрения технологии утилизации птичьего помёта с использованием БаУ для Мельниковской птицефабрики Иркутской области, с поголовьем 450 тыс. кур, рас-читаннкй по представленной методике, составил ЮбСХХ) руб/год. Экономический эффект на одну тонну утилизованного помёта равен 2,г; руб/т.

ОСНОВНЫЕ оаЗОДн И ПРЕДЛОЖЕНИИ

1. Утилизация птичьего помёта в технологических линиях с .биоэнергетической устоновкой позволяет решить -важную прикладную природоохранную зздачу за счёт получения ооеззара*еншго, лишенного гльых семян сорных растений и частично дезодорированного органического удобрения и дополнительного экологически иг энергсисточника.

2. Полученные имитационные модели способны гибко отражать технологический процесс анаэробного сбраживания в биоэнергетических установках, что подтверждается дисперсионным анализом

и верификацией. Они позволяют выявить значимые технологические факторы и их взаимодействия, оценить количественно их влияние на поведение замкнутой системы в заданном диапазоне развития. Модели могут использоваться для исследования и оптимизации технологии процесса, а также применяться с целью управления биоэнергетической установкой.

3. Для корректной оценки процесса анаэробного сбраживания,

с точки .-фгния его энергетических возможностей" выделены специальные параметра: энергон деление-выход энергии с единицы рабочего об'.ома реактора БУУ (¿д/м3 сут.); энергоогдача-выход энергии с единицы загружаемого в реактор ЬэУ абсолютно сухого вещества (¿д/кг сут.). Необходимость ввода представленных параметров подтверждена имитационными экспериментами^

4. Определяющими для энергетических параметров, с точки зре! ля эффективности процесса анаэробного сбраживания птичьего помета как нетрадиционного гнергоисточника, являются влажность сбраживаемого субстрата в пределах 8У-У3%, дозг- загрузки субстрата в реактор от 2,5 до 12,5% и мезофильный температурный ре -жим.

5. Предложенная методика моделирг.вания производства товарной энергии в биоэнергетической установке, при рассмотрении ее

в виде открытой системы, может быть использована при исследова -нии и проектировании технологических линий переработки птичьего помета а установками метанового сбраживания, а также для управления их функционирования.

6. При различных сочетаниях всей группы факторов, оказывающих значимое влияние на процесс анаэробного сбраживания, оптимальные решения по максимальному выходу товарной энергии и максимальному значению энергетического КЦЦ неоднозначн ы. Поэтому важным является не только учет этих факторов, но и отслеживание поведения всей открытой системы в различи--тс ситуациях. В любом случае выгодными, с точки зрения энергетики, явл: :отся биоэнергетические установки с большим объемом реактора.

7. Предполагаемый экономический эффект на одну тонну ути-' лизированной птичьего помета от экологического и энергетического действия, в ценах 1УУ0 года, равен 2,27 руб./т.

ПЕРЕЧЕНЬ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Власьевский В.В., Просвирник В.*;., Евтеев В.К. Перспективная утилизация помета птицы с биоконверсией //Молодые ученые и новаторы производства Приангарья в борьбе за технический прогресс: Тез. докл. обл. научн.-техн. конф.-Иркутск, ' Ьйб.-С. 78-7У.

2. Евтеев В.К., Власьевский В.В., Просвирник З.Ю. Утили-. зация птичьего помета с использованием биоэнергетических установок // Пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства Восточной Сибири: Тез. докл.II зональной научн,--произв. конф. Красноярск, 1987.-С. 127-129.

3. Власьевский-В.В., Евтеев В.К., Просвирнин Ъ,и. Гидродинамические закономерности потока б установке ме-.'анового сбраживания //Биогаз-87:Тез.докл.совещания по техн.биоэкергети-ке.-Рига, 1У87. - С.32.