Повышения эффективности анаэробной переработки органических отходов при получении биогаза - Научная работа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАНПрименение технологии анаэробной переработки в сельскохозяйственном производстве позволяет решить не только экологические проблемы, которые имеются в животноводческих хозяйствах, но и увеличить рентабельность предприятия за счет получения высококачественных органических удобрений и биогаза, пригодного для получения тепла и электроэнергии. При этом низкая скорость процесса сбраживания обусловлена неоднородностью температурного поля, создающегося в биореакторе, и наличием ингибиторов среды. Для решения данной проблемы может быть использован, метод интенсификации процесса сбраживания на основе биохимического взаимодействия путем создания развитой межфазной поверхности в результате механического измельчения фрагментов биомассы, который позволяет свести к минимуму температурную неоднородность и отводить ингибирующие продукты жизнедеятельности бактерий в биореакторе. В связи с этим исследование анаэробной переработки органических отходов животноводства в биореакторе с развитой межфазной поверхностью является актуальной проблемой, представляющей научный и практический интерес. Для условий анаэробной переработки органических отходов животноводства экспериментально определено влияние развитой межфазной поверхности на выход биогаза в результате механического измельчения фрагментов биомассы.Анаэробная переработка (биометаногенез или метановое сбраживание) представляет собой процесс разложения органических веществ до конечных продуктов, в основном метана и углекислого газа в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов в анаэробных условиях. Однако до сих пор нет полной ясности относительно роли и степени участия в них разных групп микроорганизмов, последовательности отдельных химических и биохимических реакций, определяющих процесс, и их зависимость от факторов среды. В результате процесса сбраживания распаду подвергаются органические вещества, содержащиеся в навозе, с образованием газообразных продуктов в виде смеси 50..70 % метана и 30..50% углекислого газа (биогаза) с теплотворной способностью 21-25 МДЖ/м3 [23]. Рисунок 1.1 - Схема анаэробного переработки органических отходов: 1-5-участвующие группы бактерий; 1-ферментативные кислотогены; 2-ацетогены, образующие Н2; 3-ацетогены, использующие Н2; 4-метаногены, восстанавливающие СО2; 5-метаногены, использующие ацетат; I-IV-стадии процесса; I-гидролиз; II-кислотообразование (кислотогенез); III-образование уксусной кислоты (ацетогенез); IV-образование метана (метаногенез) Предпосылкой беспрепятственного размножения бактерий служит наличие питательной среды, которая содержит как углерод и кислород, для обеспечения этого процесса энергией, водород, азот, серу и фосфор - для образования белка, так и щелочные металлы, железо и микроэлементы.В результате текущей деятельности животноводческих ферм, органические отходы в виде навозных стоков, получают в следующих видах [4, 11, 15,31,71,73, 101]: - подстилочный навоз концентрацией сухих веществ 12-15%, с содержанием древесных опилок и срезанной соломы до 4%. полужидкий навоз с концентрацией сухих веществ 8%, обусловленный бесподстилочным содержанием животных и применением самосплавном способе удаления навоза; навозные стоки с концентрацией сухих веществ 1-2% образуются в целях обеспечения санитарных требований, когда вода применяется для промывки мест содержания животных, навоз удаляется гидравлическим способом из скотомест и навозных стоков, на крупных животноводческих фермах. В этой связи, поступающий в анаэробную биогазовую установку субстрат по своему физическому составу является многофазной коллоидно-полидисперсной средой, основными частями которой являются твердые и жидкие выделения животных, остатки корма, технологическая вода и газ, образующийся в результате биохимических процессов. Из физических наибольшее значение имеют: общефизические (плотность, удельный вес, удельный объем, влажность); механические (гранулометрический состав); реологические (вязкость, коэффициент поверхностного натяжения, модуль упругости, предельное напряжение сдвига, гидравлическая крупность); органолептические (цвет, запах, вкус); теплотехнические (температура, удельная теплоемкость, удельная теплопроводность); электрические [63,95].Органические отходы из животноводческих помещений поступает в накопительную емкость, где они доводятся до оптимальной влажности, далее фекальным насосом субстрат перемещают в биореактор, где осуществляется их анаэробная переработка. Из биореактора биогаз поступает в газгольдер и далее к потребителю. Объем биореактора рассчитывается в соответствии с заданными гидравлическими расчетами времени пребывания субстрата в биореакторе, в частности в связи с привязкой каждой биореакторной установки к соответствующему животноводческому комплексу объем биореактора определяется по максимальному выходу органических отходов.

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Современное представление о технологии анаэробной переработки органических отходов животноводства

1.2 Физико-химические свойства органических отходов животноводства как субстрата анаэробной переработки

1.3 Анализ конструктивных элементов биогазовых установок

1.4 Методы интенсификации анаэробной переработки органических отходов животноводства

2. Исследовательская (экспериментальная) часть

2.1 Методика лабораторного исследования

Выводы

Список использованных источников

анаэробный переработка животноводство биогаз

Одним из основных способов утилизации органических отходов растительного и животного происхождения с получением газообразного топлива - биогаза и экологически чистых органических удобрений является биогазовая технология. Она позволяет решить проблему агрохимии, энергетики и экологии.

Применение технологии анаэробной переработки в сельскохозяйственном производстве позволяет решить не только экологические проблемы, которые имеются в животноводческих хозяйствах, но и увеличить рентабельность предприятия за счет получения высококачественных органических удобрений и биогаза, пригодного для получения тепла и электроэнергии. Однако, несмотря на перечисленные выше преимущества, метод анаэробной переработки еще не нашел широкого применения. Это обусловлено рядом факторов; низкой скоростью прохождения процесса метаногенерадии и как следствие, высокой стоимости биогазовых комплексов. При этом низкая скорость процесса сбраживания обусловлена неоднородностью температурного поля, создающегося в биореакторе, и наличием ингибиторов среды.

Для решения данной проблемы может быть использован, метод интенсификации процесса сбраживания на основе биохимического взаимодействия путем создания развитой межфазной поверхности в результате механического измельчения фрагментов биомассы, который позволяет свести к минимуму температурную неоднородность и отводить ингибирующие продукты жизнедеятельности бактерий в биореакторе. Сдерживающим фактором в развитии данного направления является отсутствие комплексных исследований, направленных на обоснование параметров и режимов работы биореактора. В связи с этим исследование анаэробной переработки органических отходов животноводства в биореакторе с развитой межфазной поверхностью является актуальной проблемой, представляющей научный и практический интерес.

Для условий анаэробной переработки органических отходов животноводства экспериментально определено влияние развитой межфазной поверхности на выход биогаза в результате механического измельчения фрагментов биомассы.

Цель исследования. Повышение эффективности анаэробной переработки органических отходов животноводства путем интенсификации процесса сбраживания субстрата в биореакторе.

Объект исследования. Технологический процесс анаэробной переработки навоза КРС в биореакторе, исследуемым элементом которого является исходный субстрат для анаэробной переработки.