УДК 631.220.18.004.82

Ауланбергенов А.А., доцент

Казахский национальный аграрный университет, Алматы

ПЕРСПЕКТИВЫ УТИЛИЗАЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПЕРСПЕКТИВЫ УТИЛИЗАЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ КРС

Переработка сельскохозяйственных отходов методом анаэробной ферментации в специальных установках позволяет получать биогаз и обеззараженные органические удобрения, что одновременно решает четыре проблемы: экологическая-предотвращение загрязнения окружающей среды органическими отходами животных; энергетическая-получение газообразного топлива; агрохимическая-получение экологически чистых органических удобрений, повышение плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур; социальная-улучшение условий труда и быта населения.

Биогаз представляет собой смесь, состоящую из метана (55-70%) и углекислого газа (27-44%) с присутствием сероводорода (до 3%), водорода, азота. По своим свойствам он близок к некоторым видам природного газа. Имеется опыт применения биогаза в различных котлах, печах, нагревателях, в качестве моторного топлива.

Метановое сбраживание получило широкое распространение во многих странах мира. В настоящее время в России, Латвии и на Украине разрабатываются биоэнергетические установки типа «Биогаз-301С», «Кобос» и др., рассчитанные на получение больших расходов тепла, что затрудняет использование их на фермах, в крестьянских и арендных хозяйствах. Исходя из этого, разработка и внедрение в производство малогабаритной биогазовой установки - весьма актуальная проблема.

Поэтому при выборе и разработке технологической схемы комплексной биогазовой системы необходимо:

-произвести предварительные измельчения навоза и других органических отходов до размера частиц не более 0,005м. Содержание влаги в исходном субстрате поддерживать на уровне 88-90%;

- при пуске установки заправку произвести в количестве от 5 до 30% всего объема загрузки. Процесс брожения выбрать термофильный (50-55⁰С). При этом он происходит в двух фазах. В первой фазе до 35⁰С осуществляется быстро, затем во второй после 4-6 суток повышение температуры до рабочей производится на 1⁰С в сутки;

-суточную дозу загрузки рабочей камеры биореактора (метантанка) в период нагревания от 35 до 50⁰С сделать равную 10%, а в установившемся режиме -18-30% от объема загрузки. Перемешивание сбраживаемого субстрата производить с помощью вакуумной башни через каждые 5-6 ч по 3-4 раза;

- для улучшения процесса брожения жидкого навоза КРС необходимо произвести добавление до 0,1% карбоксида;

-систематически контролировать патогенные микроорганизмы и жизнеспособные яйца гельминтов в навозе после брожения.

Исходя из требований предложенного технологического процесса сбраживания навозных стоков, в Казахском национальном аграрном университете разрабатываются различные схемы биоэнергетических установок.

Конструкция экспериментальной биоэнергетической установки показана на рисунке.

Жидкие органические отходы и навозные стоки фермерского хозяйства подаются в резервуар 1 подготовки сбраживаемой навозной массы до необходимой консистенции и добавки катализаторов процесса ферментации осадка. Резервуар подготовки оборудован шибером 2, обеспечивающем циклическую загрузку установки ферментируемым материалом.

Рис.1. Принципиальная схема экспериментальной биоэнергетической установки

1- резервуар подготовки стока; 2- шибер; 3- рециркуляционный насос; 4- гидромониторная насадка; 5- загрузочно-сливной люк; 6- биореактор; 7-технологический люк; 8- смотровое окно; 9-задвижка; 10 – электродный водонагреватель; 11- трубчатый теплообменник; 12 – расширительный бачок; 13- трубопроводная арматура; 14 – компрессор; 15- ресивер; 16- шкаф управления; 17- датчики ТСМ.

Подача подготовленных навозных стоков осуществляется с помощью рециркуляционного насоса 3, оборудованного гомогенизатором. Гомогенизатор выполнен в виде гидромониторной конической насадки 4, служит для подачи и барботажа сбраживаемой навозной массы в биореакторе. Для обеспечения полного перемешивания осадка, образующегося в процессе ферментации, гидромониторный конический насадок размещен на загрузочно- сливном люке 5, с учетом наиболее эффективного использования энергии струи. Биореактор (метантанка) 6 расположен горизонтально с уклоном дна равным 0,01- 0,02⁰ в сторону загрузочно-сливного люка.

Для проведения монтажных, наладочных и ремонтно- эксплуатационных работ биореактор оборудован технологическим люком диаметром 0,6 м, расположенным в его верхней части. Уровень заполнения биореактора навозной массой и процесс барботажа контролируются с помощью смотрового окна 8, размещенного выше расчетного уровня загрузки. Для обеспечения непрерывности процесса ферментации в загрузочно-сливном люке расположена задвижка 9 для сброса заменяемого объема сбрасываемого осадка. Для поддержания оптимальной температуры жизнедеятельности лизофильных метанобактерий в биореакторе используется система электронагрева, состоящая из электродного водонагревателя 10 типа ЭВМ, трубчатого теплообменника 11, размещенного внутри биореактора, расширительного бачка 12 и трубопроводной арматуры 13. Для сброса выработанного биогаза (метана) предусмотрена система откачки и хранения, включающая поршневой компрессор 14 и ресивер 15 ёмкостью 1 м³.

Для обеспечения надежности технологического процесса ферментации на экспериментальной биоэнергетической установке применена система автоматического управления, включающая блок управления температурным режимом и блок управления откачкой выработанного биогаза.

Блок управления температурным режимом состоит из шкафа управления 16, включающего 2 термометра (сигнализирующих, манометрических) типа ТСМ, из которых первый предназначен для контроля и автоматического регулирования температуры сбраживаемой и навозной массы в биореакторе, а второй - для контроля регулирования температуры теплоносителя в системе электронагрева. Датчик 17 первого ТСМ размещен на биореакторе ниже расчетного уровня загрузки, а датчик второго ТСМ- на электродном водонагревателе. Пределы регулирования рабочих температур устанавливаются по максимум и минимуму стреками ТСМ.

Управление температурным режимами осуществляется следующим образом: при понижении температуры сбраживаемой массы в биореакторе ниже 306К, сигнал с ТСМ поступает на промежуточное реле управления РП-1 и РП-2, которое, в свою очередь, запитывает катушку магнитного пускателя МП-1 включения электродного водонагревателя. При повышении температуры сбраживаемой массы выше 382К срабатывает датчик, размещенный в ЭВМ, и отключается питание системы обогрева.

Результаты исследований показывают, что предлагаемая биоэнергетическая установка обеспечивает автоматизацию технологического процесса обработки сельскохозяйственных отходов для получения биогаза и качественного органического удобрения.