Выбор технологии использования продуктов микробного синтеза биогаза из навоза КРС c подбором оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

по курсу: Современные технологии в животноводстве

на тему: Выбор технологии использования продуктов микробного синтеза биогаза из навоза КРС c подбором оборудования

На протяжении многих десятилетий, в перечне приоритетов развития теплоэнергетики в России, экономия энергоресурсов стояла на последнем месте. Эффективность использования топлива практически во всех теплоэнергетических установках была значительно ниже чем на Западе. Энергия большинства органических отходов промышленности и сельского хозяйства практически не использовалась.

В СССР работы по промышленному получению и использованию биогаза начались в 60-х годах прошлого века. Уже тогда проводились работы по энергетическому использованию коммунально-бытовых, лесных и сельскохозяйственных отходов. Но так как ресурсы нефти и газа тогда казались неисчерпаемыми, а цены на газ и нефтепродукты были символическими, это, по сути, сворачивало исследования по новой энергетике. А после 1991 г . эти работы вообще потеряли системность, плановость и, естественно нормальное финансирование.

До сих пор производство и применение биогазовых установок в России остается не в полной мере востребованным, так как у нас в стране отсутствует культура вторичного использования биологических отходов и нет достаточного опыта их использования в целях производства энергии и удобрений. биогаз биологический реактор

В настоящее время развивается направление промышленной биотехнологии, достижения которой используются для решения экологических проблем. Применение методов и процессов экологической биотехнологии позволяет решать следующие экологические проблемы в сельском хозяйстве: рекультивация загрязненных и засоленных земельных ресурсов; переработку отходов животноводства, птицеводства и растениеводства с целью производства экологически безопасных биоудобрений и биогаза как альтернативного источника энергии.

Биогазовые технологии позволяют наиболее рационально и эффективно конвертировать энергию химических связей отходов в энергию газообразного топлива и высокоэффективных органических удобрений, применение которых, в свою очередь, позволит снизить производство минеральных удобрений, на получение которых расходуется до 30 % электроэнергии, потребляемой сельским хозяйством страны.

Сырье от утилизации может, в качестве биогаза, заменить ископаемые энергоносители и тем самым помочь в достижении целей, которые были поставлены в Киотском протоколе, а именно , минимизировать выброс СО 2 .

В настоящее время в России уже имеется определенный опыт по проектированию и строительству биоэнергетических комплексов для животноводческих ферм, птицефабрик и пр. Разработаны проекты автономных мини ТЭЦ, работающих на биогазе.

Биогаз - высокорентабельное топливо для всех регионов России.

Три критерия, определили создание и развитие биогазовой промышленности в России :

- разработка технологии и создание крупно промышленного производства биогаза;

- теория о биологическом происхождении природного газа;

- огромная сырьевая база.

Еще до распада СССР была разработана программа Государственного Комитета СССР по науке и технике. По этой программе в период с 1980г по 1990 г . было построено три крупные биогазовые станции:

- г. Пярну Эстонская ССР (свинокомплекс на 30 тыс.);

- совхоз «Огре» Рижского района Латвийской ССР (свинокомплекс на 5 тыс. голов);

- колхоз «Большевик» Нижегородского района Крымской обл.(свинокомплекс на 24 тыс голов).

При поддержке государства была построена опытно-промышленная биоэнергетическая станция на 50 тыс. голов птицы (Октябрьская птицефабрика, Истринский район, Московская область).

В г. Сумы была разработана и создана биогазовая установка «БИОГАЗ-1» на 3 тыс.голов свиней.

С 1992 по 2000 гг. было создано и установлено 86 комплектов ИБГУ-1 (79 -в России, 4- в Казахстане, 3- в Белоруссии ) . В 1997 г . Создано совместное китайско-российское объединение по производству таких установок в Китае. Мощная система БИОЭН-1 перерабатывает до 1 тонны отходов в сутки и производит до 40 м 3 биогаза. Установлена при животноводческой ферме Агроплемфирмы «Искра» (д.Поярково Солнечногорского района Московской области). Работают установки и в Подмосковье -- птицефабрика «Новомосковская», на животноводческой ферме «Поярково» , Сергачевской птицефабрике в Нижегородской области.

В настоящее время ведутся разработки новых биогазовых технологий и готовится серийный выпуск биоэнергетических установок (АБЕУ) с объемом биореакторов- метантеков от 7 до 480 м3 и более с производством в год от 4 до 254 тыс.м3 биогаза и установочной электрической мощностью - от 0,83 до 54 кВт, тепловой- от 2,5 до 152 кВт. Биореактор-метантек и газгольдер теплоэлектростанции АБЭУ-20 установлен в пос.Горелое, Тамбовской области.

В Мурманской области на Агрокомплексе «Ковдорский» установлена когенерационная установка на 350 кВт, сушилки и грануляторы финского производства. Это позволило предприятию расширить ассортимент продаваемой продукции. Теперь хозяйство продает 70 наименований экологически чистых продуктов. Десять из которых вошли в «100 лучших товаров РФ». Производство сухих и гранулированных биоудобрений приносит доход по 350-500 евро за тонну.

С развитием рыночной экономики новые формы собственности в сельскохозяйственном производстве требуют разработки высокорентабельных технологий и оборудования, работающих в любой климатической зоне и в любой российской глубинке, удаленной от централизованного энерго обеспечивания.. Биогазовые технологии могут эффективно работать в любом климатическом регионе огромной России. При интенсивном подъеме сельскохозяйственного производства России через несколько лет общий объем производимых органических отходов может составить 675 млн.т ( по сухому веществу), а потенциальное производство биогаза- 225 млрд.м3./год. Высокая рентабельность отечественных биогазовых технологий обеспечивается одновременным производством высокоэффективных органических удобрений, 1 т. которых ( по эффекту «на урожай») равноценна 70-80 тонн естественных отходов животноводства и птицеводства. Этим объясняется быстрая окупаемость биогазовых установок и биотеплоэлектростанций.

На сегодняшний день во многих странах эксплуатируются биоэнергетические установки (БЭУ), позволяющие значительно экономитьдругие виды топлива, а в некоторых случаях получать полную энергетическую автономию животноводческого комплекса.

Важным достоинством биогазовых установок является возможность широкого использования их в животноводстве, причем в первую очередь как эффективного способа утилизации жидкого навоза и получения дешевых органических удобрений.

Во-вторых, использование полученных высококачественных органических удобрений позволит увеличить урожайность зерновых культур не менее, чем на 10…30% и снизить зависимость от внешних поставок минеральных удобрений.

В-третьих, высокая рентабельность биогазовых установок обеспечивается большим спросом на высокоэффективные органические удобрения и биогаз, а также возможностью получения тепла и электроэнергии из биогаза для бытовых и производственных нужд. Срок окупаемости биогазовых установок при условии реализации полученных удобрений составляет 1…2 года.

Развитие биогазовых технологий должно идти по двум направлениям: создание малых биогазовых установок для фермерских и крестьянских хозяйств и, во-вторых, создание больших биогазовых установок (биоэнергетических станций) для крупных животноводческих комплексов.

Для малых фермерских и крестьянских хозяйств с поголовьем 20...40 коров разработана технология на базе биореактора БУ-5, емкостью 5...10 м3 с частичной механизацией операций уборки и транспортировки навоза, приготовления субстрата. С внесением готового удобрения на поля с помощью тракторной тележки.

Технология включает следующие технологические операции (рисунок 1):

· сбор и загрузка навоза в загрузочный ковш биореактора;

· приготовление субстрата в загрузочном ковше и загрузка в биореактор;

· сбраживание субстрата в биореакторе;

· выгрузка готового органического удобрения в резервуар-накопитель или на площадку;

· загрузка в тракторную тележку, транспортирование удобрения на поле и внесение в почву;

· сбор биогаза в плавающем газгольдере низкого давления и подача к потребителю.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1. - Технология переработки отходов для малых фермерских и крестьянских хозяйств с поголовьем 20…40 коров: 1- коровник на 20…40 гол; 2- загрузочный ковш; 3 - биореактор объемом 5…10 м3; 4 - плавающий газгольдер низкого давления; 5 - резервуар - накопитель; 6 - бурт с готовым органическим удобрением; 7 - тележка для транспортирования удобрения на поле; 8 - гидрозатвор

Разработка системы утилизации навоза начинается, как правило, с технологического расчета всех процессов системы, включающего определение технологических, конструктивных и строительных параметров, а также экономических показателей.

Технологический расчет начинается с определения количества навоза и стоков, подлежащих обработке и использованию. От правильности расчета зависят первоначальная сметная стоимость сооружения и его эксплуатационные показатели.

Расчет параметров оборудования для переработки, хранения и обеззараживания навоза позволяет определить его объемы, размеры и количество. Как правило, комплекс оборудования состоит из транспортных тележек, загрузочных ковшей или насосов, биореакторов (метантенков) для биологической обработки навоза, газгольдеров для сбора биогаза и резервуаров-накопителей для хранения навоза и готового органического удобрения.

Рассмотрим пример расчетов биогазовой установки для молочной фермы малого крестьянского хозяйства.

Выход навоза на ферме, где содержится 40 молочных коров при стойловом содержании, 20 телят и 2 лошади составляет [1]:

(1)

где - число животных по половозрастным группам, гол; А1 = 40 коров; А2 = 20 телят; А3= 2 лошади;

- количество экскрементов в сутки от одной головы, кг, =28 кг; = 8 кг; = 24 кг.

Суточный расход подстилки для животных определяется

(2)

где в1, в2, вn - cуточный расход подстилки на 1 голову по группам, кг, в1=5 кг; в2=4 кг; в3=5 кг .

Общий выход навоза

(3)

где QГ - расход воды на гидросмыв навоза, м3, на малых фермах гидросмыв не применяется QГ=0.

Содержание сухого вещества в навозе

(4)

где WН- влажность навоза, WН=82,7%.

Влажность субстрата после разведения навоза водой в количестве Qв=1,2 т

(5)

Количество органических веществ в навозе

(6)

Объем резервуара-накопителя для готового удобрения

(7)

где tхр - время хранения, сут; Кn - коэффициент использования (Кn=0,5…0,9).

Расчет объема биореактора

Рабочий объем биореактора для обработки навоза влажностью 90,8% с рН ?7, при выгульном содержании выход навоза ниже, чем при стойловом содержании и составляет Qвыг=0,5Q н =0,66 т/сут, тогда

(8)

где tсб - продолжительность сбраживания, tсб = 7…10 сут ; К3 - коэффициент загрузки биореактора К3=0,9…0,98.

Расчет объема газгольдера

Для биореакторов, работающих в термофильном режиме, выход биогаза составляет от 1,2 до 2 м3 в сутки с 1 м3 объема, тогда принимаем суточную производительность по биогазу WБ= 10 м3/сут.

Тогда рабочий объем плавающего газгольдера низкого давления, принимая число подъемов в течение суток газгольдера до верхнего положения n = 2, определяется

(9)

Давление, создаваемое плавающим колоколом газгольдера

, (10) 

где - общая площадь верхнего основания и боковых стенок газгольдера, =12,2 м2; толщина стенок газгольдера, = 0,004 м; - удельный вес стали, =7850кг/м3; - площадь верхнего основания, =4,14м2.

Таким образом, для переработки навоза на молочной ферме принимаем биогазовую установку БУ-5 с объемом биореактора 5 м3 и объемом газгольдера - 5м3.

Эффективность обеззараживания навоза

Эффективность обеззараживания по наличию бактериальной обсемененности вычисляют в соответствии с ГОСТ 31343-2007 по данным бактериологического анализа:

ЭБ = % , (11)

где N1 - общее число бактерий в исходном материале, N1=109 КОЕ; N2 - общее число бактерий в полученном удобрении, N2=107КОЕ.

Общее микробное обсеменение (коли-индекс) исходного навоза - N1=109 КОЕ, после анаэробного сбраживания в биореакторе снизилось в готовом органическом удобрении до N2 =107 КОЕ, таким образом, степень обеззараживания навоза составляет 99%.

При проектировании, строительстве и эксплуатации животноводческих ферм возникает ряд взаимосвязанных проблем экономических, зооветеринарных, организационных и др.

Требуют решения также и санитарно-гигенические вопросы, связанные с охраной окружающей среды.

При проектировании сооружений необходимо учитывать:

· наличие пригодных земельных угодий для использования всего объема навоза как удобрения;

· минимальный расход воды на удаление навоза из животноводческих помещений;

· обеспечение сооружениями максимального сохранения питательных элементов в процессе обработки и хранения навоза;

· возможность обеззараживания навоза в случае вспышки эпизоотии;

· исключение загрязнения воздуха, почвы, открытых подземных источников;

· наличие надежной гидроизоляции всех коммуникаций.

Соблюдение требований при проектировании сооружений позволит выбирать наиболее рациональные технологии, а также предотвращать загрязнение окружающей среды.

В практике проектирования сооружений по утилизации навоза определились следующие основные направления:

· подготовка навоза для использования в растениеводстве;

· подготовка навозных стоков для сброса в открытые водоемы;

· переработка навоза в кормовые добавки и биогаз.

Таким образом, технологический расчет оборудования для переработки навоза с использованием биогазовой установки обеспечивает правильный выбор и эффективную работу системы утилизации и позволяет получать дешевые, высококачественные и экологически чистые органические удобрения.

Полученные органические удобрения можно вносить в почву из расчета 1..3 т. на гектар, что обеспечивает повышение урожайности различных культур на 10…30%.

Реализация таких высококачественных органических удобрений на рынке позволяет обеспечить срок окупаемости биогазовой установки 1…2 года.

Литература

1. Ковалев Н.Г., Глазков И.К. Проектирование систем утилизации навоза на комплексах. - М.: Агропромиздат, 1989. - 160 с.

2. Дубровский В.С., Виестур У.Э. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов. - Рига: Зинатне, 1988. - 204 с.

Размещено на Allbest.ru