Энергосберегающая безотходная технология переработки отходов птицеводства

Цели и задачи Цель: изучить способ повышения энергоэффективности процесса анаэробного брожения органических отходов. Цель: изучить способ повышения энергоэффективности процесса анаэробного брожения органических отходов. Задачи: Задачи: Определить влияние температуры и влажности на процессы брожения. Определить влияние температуры и влажности на процессы брожения. Показать, что применение анаэробного сбраживания помета экономично и эффективно. Показать, что применение анаэробного сбраживания помета экономично и эффективно. Доказать, что технология переработки куриного помета является наиболее перспективной с точки зрения защиты окружающей среды. Доказать, что технология переработки куриного помета является наиболее перспективной с точки зрения защиты окружающей среды.

Введение Введение Развитие пищевой промышленности приводит к образованию и накоплению все больших объемов органических отходов. При этом, как правило, отходы сконцентрированы на небольших площадях, что усугубляет их негативное воздействие. В частности, высокие дозы птичьего помета (свыше 50 т/га помета 70% влажности), оказывают фитотоксический эффект и снижают урожайность культур, а также являются потенциальным источником возбудителей различных заболеваний. В то же время, помет является ценным органическим удобрением с высоким содержанием азота, фосфора и калия микроэлементов, причем питательные вещества находятся в легкодоступных для растений формах: по количеству элементов питания помет превосходит любое другое органическое удобрение, а по доступности – не уступает минеральным удобрениям. В такой ситуации изыскание возможностей использования отходов как сырьевого ресурса и уменьшения их негативного воздействия на окружающую среду является актуальным.

Методика исследования Для изучения процесса анаэробного сбраживания органических веществ и проведения пробных опытов по получению биогаза из куриного помета была разработана экспериментальная установка (биореактор). Для изучения процесса анаэробного сбраживания органических веществ и проведения пробных опытов по получению биогаза из куриного помета была разработана экспериментальная установка (биореактор).

Схема биореактора

Экспериментальная установка Экспериментальная установка Она состоит из биореактора 1, термостата 3, газосборника 2 и сигнализатора 4. Биореактор представляет собой сварную конструкцию труба в трубе. Водяная рубашка поддерживает постоянную температуру среды. В верхней части купола находится штуцер, который соединяется при помощи шланга с газосборником. Избыточное давление внутри биореактора составляет 0,2 МПа. Она состоит из биореактора 1, термостата 3, газосборника 2 и сигнализатора 4. Биореактор представляет собой сварную конструкцию труба в трубе. Водяная рубашка поддерживает постоянную температуру среды. В верхней части купола находится штуцер, который соединяется при помощи шланга с газосборником. Избыточное давление внутри биореактора составляет 0,2 МПа. Подача воды в водяную рубашку производится с помощью лопастного насоса. Нагрев воды до нужной температуры производится в термостате снабженном ТЭНом. Температура контролируется с помощью термометра сопротивления. Подача воды в водяную рубашку производится с помощью лопастного насоса. Нагрев воды до нужной температуры производится в термостате снабженном ТЭНом. Температура контролируется с помощью термометра сопротивления. Для избегания утечки метана установлен сигнализатор газа, который отключает термостат при достижении ПДК метана в помещении и сигнализирует об этом световыми и звуковыми сигналами. Для избегания утечки метана установлен сигнализатор газа, который отключает термостат при достижении ПДК метана в помещении и сигнализирует об этом световыми и звуковыми сигналами.

Экспериментальная установка (биореактор). Экспериментальная установка (биореактор).

Методика проведения эксперимента Предварительная подготовка исходного сырья Методика проведения эксперимента Предварительная подготовка исходного сырья В качестве сырья для метанового брожения был использован куриный подстилочный помет 40 – суточного хранения с содержанием сухого органического вещества – СОВ 95% и концентрацией летучих жирных кислот (ЛЖК) около 2000 мг/л. Влажность помета доводили до определенного значения непосредственно в самом биореакторе.

Запуск установки После перемешивания субстрата биореактор накрывали куполом. Гидрозатвор обеспечивался за счет достаточного уровня воды в рубашке. Далее включали ТЭН для обеспечения нужной температуры и насос для циркуляции воды в рубашке. Время выхода установки на рабочий режим при температуре равным 50°С составил 7 часов. Контроль температуры воды в рубашке осуществляется с помощью термометра сопротивления. Поддерживали нейтральный уровень рН среды (рН=7).

Отбор и анализ полученного газа Отбор газа производился каждые 24 часа в течение 6 суток. Биогаз хранили до анализа в герметичных баллонах. Анализ состава биогаза проводился на газохроматографе Кристалл 2000-М.

Результаты эксперимента Известно, что при термофильном режиме (от 40-50°С) некоторые процессы брожения протекают наиболее эффективно. Исходя из этого первый эксперимент проводили при 50°С, последующие при 40 и 30°С. Наибольший выход биогаза наблюдался при 50°С, при этом максимум выделения биогаза приходился на 4-ые сутки. Понижение температуры на 10°С не приводило к значительным изменениям в процессе брожения и следовательно изменениям выхода биогаза. При понижении температуры с 50°С до 30°С выход биогаза значительно снижался, и составил 32% от такого при 50°С. Был определен качественный состав биогаза полученного при температуре 40°С и 50°С. Биогаз обоих температурных режимов имел примерно одинаковый состав основных и неосновных компонентов и соответственно похожие свойства. При втором эксперименте при температуре 40°С количественный и качественный состав неосновных компонентов значительно уменьшился по сравнению с первым экспериментом, который проводился при температуре 50°С. Однако повысилась массовая доля метана, что свидетельствует о более интенсивном протекании процесса метаногенеза. Содержание метана в биогазе было максимальным на 4-ые сутки в обоих случаях. Так например при 50°С на 4-ые сутки содержание метана в биогазе составило 99,88%. Высокая доля метана объясняется также абсорбцией СО 2 водой гидрозатвора. Таким образом, в результате эксперимента установлено, что время оборота биореактора составляет 4 суток. Наибольшую эффективность процесса обеспечивает термофильный режим сбраживания.

Сумарное выделение биогаза в зависимости от температуры и времени сбраживания Время, сутки

Массовое содержание компонента CH 4 Масса CH 4 в % Время, сутки Время, сутки

Массовое содержание компонента CO 2 Масса CO 2 в % Время, сутки

Выводы Выводы 1. В ходе проведенного исследования выявлено, что интенсивность процесса во многом зависят от температуры и влажности в биореакторе. Показано что, при термофильном режиме (50°С) процесс метанового брожения протекает интенсивнее, о чем свидетельствует больший выход биогаза и повышенное содержание в нем метана. 2. Проведенное исследование позволяет разработать технологию переработки куриного помета (а также других органических отходов), являющейся наиболее перспективной с точки зрения защиты окружающей среды и экологии не возобновляемых природных источников энергии. Применение данной технологии позволит наиболее полно использовать энергетический и сырьевой потенциал, заключенный в органических отходах.

Рекомендации Рекомендации Переработка отходов птицеводства относится к передовым технологиям: считается безотходным производством. 30% газа уходит на работу биореактора, а 70% идет на потребление. Можно рекомендовать для использования животноводческим комплексам.