Реферат: Подготовка и использование жидкого навоза
Реферат: Подготовка и использование жидкого навоза
Таблица
22
Продолжение
1 |
2 |
Напор, кПа |
147,1 |
Частота вращения рабочего органа,
об/мин |
965 |
Мощность электродвигателя, кВт |
10 |
Габаритные размеры, мм |
|
длина |
4765 |
ширина |
780 |
высота |
620 |
Масса, кг |
577 |
Обслуживающий персонал, человек |
1 |
Окончание
2 главы
Подготовка и использование жидкого навоза.
Жидкий навоз можно использовать несколькими способами: 1) вносить в почву
мобильными цистернами, оборудованными специальными разбрасывателями; 2)
подавать на поле насосами по трубам и вносить с поливной водой; 3) разделив
навоз на твердую и жидкую фракции, раздельно вносить их и т.п.
Жидкий навоз при хранении легко расслаивается и, если некоторое время его
не перемешивать, на поверхность всплывут солома и мякина, а такие тяжелые
частицы, как силос и почва, осядут на дно. В хранилищах обычного размера
толщина всплывающего слоя за месяц увеличивается примерно на 10 см и к концу
стойлового периода достигает 70 см. поэтому перед забором навоза из хранилища
его нужно тщательно перемешивать.
Известны три способа перемешивания бесподстилочного навоза: механический
(крестообразными, решетчатыми и лопастными мешалками), гидравлический
(гидромониторами) и пневматический (компрессорами).
Так как мешалки хорошо перемешивают навоз в небольших хранилищах
(емкостью до 250 м3), принимаем в нашем случае для перемешивания
жидкого навоза в навозоприемнике решетчатую мешалку.
Навоз - ценное органическое удобрение, состоящее из твердых и жидких
выделений животных, поэтому после обеззараживания (сбраживания) вносим его в
почву мобильными цистернами.
3.
Конструкторская разработка проекта.
Биоэнергетическая
установка для метанового сбраживания жидкого навоза.
3.1.1.
Обоснование необходимости совершенствования процесса утилизации навоза.
Сельскохозяйственные животные часто поражаются
заболеваниями, вызываемыми паразитическими червями - гельминтами. Из-за
пораженности животных гельминтами наша страна ежегодно недополучает не менее
10% продукции животноводства и, в первую очередь, молока и мяса. Снизить
степень пораженности животных гельминтами и болезнетворными бактериями можно
лишь при внедрении в практику мер, профилактирующих возможность заражения.
Обычно гельминтами животные заражаются, заглатывая с
кормом или водой их яйца-личинки, которые попадают во внешнюю среду с калом животных.
Вот почему уничтожение их в навозе перед использованием его в качестве
удобрения, особенно на пастбищах и полях, предназначенных под кормовые
культуры, имеет большое профилактическое значение.
Методы дегельминтизации "твердого"
подстилочного навоза разработаны еще в тридцатых годах нашего столетия. Яйца и
личинки гельминтов не переносят температуру свыше 40°, и в течение примерно минуты погибают при температуре
60°. Вот почему был предложен
метод биометрической дегельминтизации навоза, учитывающий способность
"твердого" навоза домашних животных к самонагреванию.
В последние годы, в связи с получением в хозяйствах
не только "твердого", но и жидкого навоза, вопрос о его
дегельминтизации возник вновь и только начинает изучаться.
Разбавление навоза водой перед хранением или во время
хранения в соотношении 1:10 увеличивает период выживаемости патогенных бактерий
более чем в три раза.
Длительные периоды выживаемости микрофлоры в жидком
навозе, зараженном возбудителями заболеваний, указывают на то, что даже после
длительного хранения сохраняется потенциальная опасность инфекции. Масштаб ее
зависит, в первую очередь, от санитарного состояния поголовья, быстроты
установления пораженности скота какой-либо инфекционной болезнью, оперативности
и действенности противоэпизоотических мероприятий.
Применяемые методы обеззараживания навоза не должны
снижать качества навоза как удобрения и отрицательно влиять на плодородие и
биологические процессы в почве.
3.1.2.
Анализ существующих технологий обеззараживания жидкого навоза.
Для обеззараживания жидкого навоза используют
химический, термический, биологический и механический способы обработки.
1) Химический способ. Химические вещества
целесообразно применять для изменения рН среды жидкой фракции навоза, а также в
борьбе с запахом. Например, при аэробной обработке навозной массы, по данным
исследований, проведенных в Швейцарии, в нее достаточно добавить сульфат
аммония в концентрации 14 кг/м3 для нейтрализации сероводорода и
ппочти всех производных азота. Сульфат аммония можно засыпать и в
навозожижесборнники, расположенные в животноводческих зданиях.
2) Термический способ. Используют против возбудителей
заболеваний и их спор. Однако, широкое распространение они могут получить
тогда, когда будут созданы экономичные тепловые условия.
3) Биологический способ. Наиболее совершенный способ
обработки жидкого навоза. При этом возможны два варианта - анаэробная и
аэробная обработки. При аэробной обработке выделяется меньше зловонных газов,
чем при анаэробной. Однако в первом случае для окисления навоза требуются
большие площади (1 га на 200 коров). Чтобы избежать этого, используют различные
механические системы для введения кислорода - аэробные ямы, лагуны,
окислительные каналы, бункера с аэрацией под давлением и т.д.
При выборе технологии обработки и соответствующего
оборудования важно знать состав экскрементов и их основные характеристики:
потребность в кислороде, количество твердых и летучих веществ, запах и др.
3.2.1.
Технология утилизации навоза.
Учитывая приведенные выше условия и то, что обеззараживание
жидкого навоза должно быть простым и не требовать больших материальных затрат,
принимаем биологический способ сбраживания навоза в анаэробных условиях.
Растения, идущие на корм животным, используются
последними лишь на 30-40%, остальная же часть органического вещества идет в
навоз. Навоз, навозная жижа и растительные отходы, внесенные в почву под
воздействием солнца, воздуха и воды, разлагаются в аэробных условиях и отдают в
атмосферу до 350 тысяч ккал тепла на 1 т свежего навоза.
Одним из эффективных способов сокращений указанных
потерь является метановое сбраживание навоза и растительных отходов в
биологических гумусно-газовых установках.
Важным свойством метанового сбраживания является
обеззараживание навоза от ряда болезнетворных бактерий, гельминтов и семян
сорных трав. Благодаря этому сбраженный навоз можно вносить под все культуры.
Установлено также, что мухи в сбраженном навозе не размножаются, отложенные в
нем личинки погибают.
По данным бывшего запорожского филиала ВИЭСХ,
десятидневное метановое сбраживание навоза в бродидьных камерах биогазовой
установки обеспечивает полное обеззараживание навоза от яиц и личинок ряда
гельминтов - аскарид, трихоцефалят, дикройцелей и стронголят. Все эти факты
свидетельствуют о том, что метановое сбраживание навоза является важной
санитарной мерой против значительной части заболеваний животных.
Анаэробное метановое сбраживание навоза и
растительных отходов в биогазовых установках обогащает их бактериями метанового
брожения, повышает удобрительные качества за счет сохранения азота и перевода
значительной части его в легкоусвояемую растениями минеральную форму. Распад
органических веществ сопровождается частичным окислением углерода в углекислоту
и образованием метана с незначительным выделением тепла. Из каждой тонны навоза
выделяется в среднем 50 м3 биогаза.
Что же такое биогаз? Этим термином обозначают
газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть происходящей
без доступа воздуха, ферментации (перегревания) органических веществ самого
разного происхождения. В любом крестьянском хозяйстве в течение года собирается
значительное количество навоза. обычно после разложения его используют как
органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла
выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую
службу сельским жителям.
Биогаз - смесь газов. Его основные компоненты: метан
(СН4) - 55-75% и углекислый газ (СО2) - 28-43%, а также в
очнь малых количествах другие газы, например, сероводород (Н2S).
В среднем 1 кг органического вещества, биологически
разложимого на 70%, производит 0,18 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг
неразложимого остатка.
Поскольку разложение органических отходов за счет
деятельности определенных типов бактерий, существенное влияние на него
оказывает окружающая среда. Исследования показывают, что для нормального
процесса метанового сбраживания навоза и растительных отходов необходимо
обеспечить следующие условия: защита бродильных камер от проникновения воздуха
и света; слабощелочная реакция среды (рН в пределах 7 - 7,8), содержание
летучих жирных кислот не более 2 000 мг/л.
Оптимальными температурами для размножения метановых
бактерий являются 30 - 34°
(мезофильное брожение) и 50 - 55°
(термофильное брожение).
При термофильном брожении биохимические процессы
протекают более интенсивно, однако при этом затрачивается больше тепла. Вот
почему более экономичным считается мезофильное брожение.
3.2.2.
Расчет процесса метанового сбраживания проводим в такой
последовательности:
Объем навозоприемника:
Vn= aсут´t0´kB'
rn
где aсут - суточный выход навоза
(влажность 92%) - 22 741,6 кг.
rn
- плотность навоза, кг/м3 (rn=
1020 кг/м3);
tn - время накопления навоза, сут;
kB - коэффициент, учитывающий изменение
плотности навоза, в зависимости от исходной влажности (kB = 1,5).
Vn=
Принимаем объем навозоприемника равным 70 м3.
Объем емкости для нагрева:
V0=
где t0 - время нагрева, сут;
k'B - коэффициент, учитывающий изменение
объема, в зависимости от температуры нагрева.
V0=
Принимаем объем емкости для нагрева равным 30 м3.
Объем менантенка:
Vм =
где q - суточная доза загрузки менантенка, %.
Vм =
Принимаем объемы двух менантенков равными V1м =
225 м3 и V2м = 225 м3.
Продолжительность сбраживания:
tсб = 100/q', сут, …. Стр. 115 [1],
где q' - выход биогаза, приходящийся на 1т
переработанного навоза, м3.
tсб = 100/20 = 5 сут.
Суточный выход биогаза:
Gб = Qсутq', м3,….
Стр 115[1].
Gб = 22 741,6 ´ 20 = 440 м3 биогаза.
Объем газгольдера:
VГ =
где tн.б. = время накопления биогаза за
сутки, г.
VГ =
Принимаем объем газгольдера равным 220 м3.
Общая тепловая энергия получаемого биогаза:
Qобщ = Gб´Сб, МДж, стр
115[1],
где Сб = 24 МДж/м3 -
теплотворная способность бигаза.
Qобщ = 24´440
= 10 560 МДж.
Расход теплоты на нагрев исходного навоза с t1
= 8°С до t2 = 35°С (мезофильный режим).
Qм.р. =
где Сн - теплоемкость навоза (Сн
= 4,06 кДж/(кг´°С));
h=
КПД нагревательного устройства (h=0,7).
Qм.р. =
Расход теплоты на собственные нужды:
Qс.н. = Qм.р. + Qк.т.
, МДж,…… 115[1],
где Qк.т. - расход теплоты на компенсацию
теплопотерь.
Qс.н. = 3 561,3 + 200 = 3 761,3 МДж.
Общее количество биогаза, идущего на собственные
нужды:
Gб.н. = Qс.н./Сб ,
м3, ………115[1],
Gб.н. =
Выход товарного биогаза:
Gб.т. =Gб - Gб.н. ,
м3, ……115[1].
Gб.т. = 440 - 156,7 = 283,3 м3.
Коэффициент расхода биогаза на собственные нужды:
hб
=
hб
= 156,7¸440 = 0,35.
Тепловая мощность котла КГ-1500:
Wк = 1500Сб/Gб , МДж, …….115[1],
где Сб = 24 МДж/м3. -
теплотворная способность биогаза.
Wк =
Продолжительность работы котла - парообразователя для
собственных нужд установки:
tр =
для обеспечения биогазовой установки теплотой
необходимо два котла - парообразователя КГ-1500.
Один килограмм твердых отходов может дать 0,25 м3
биогаза. По теплотворной способности 1 м3 газа соответствует 0,6 л
жидкого топлива. В сутки для 100 коров на подогрев воды расходуется 5….6 м3
газа. Один Квт´ч
электроэнергии соответствует расходу 0,7…..0,8 м3 газа. Одна тонна
сброженного навоза увеличивает урожайность на 10 - 15% по сравнению с
использованием буртового навоза.
3.2.3.
Технологическая схема биогазовой установки.
Совершенными и экономичными признаны установки
непрерывного действия, обеспечивающие равномерный выход биогаза и навоза.
Установка состоит из навозоприемника 2 (см. рис. )
полезной емкостью 70 м3, двух бродильных камер 13 и 18 (V1м =V2м = 225 м3), мерного
резервуара 6 (V = 12 м3); насосных № 1 и № 2
с фекальными насосами; системы труб с арматурой, газгольдера 9 емкостью 220 м3.
Рис. Схема биогазовой установки на 400 голов КРС.
1 - Навозные каналы; 2 - навозоприемник; 3 - мешалка;
4 - насосная № 1; 5,7 - трубопровод сырого навоза; 6 - мерный резервуар; 8,11 -
газопровод; 9 - газгольдер; 10,12 - паропровод; 13 - менантенк № 1; 14 -
котельная; 15 - трубопровод сырого навоза; 16 - трубопровод сброженной массы;
17 - распределительный ьак сырого навоза; 18 - менантенк № 2.
Процесс сбраживания - мезофильный подогревом до 32 -
34°с, заполнение камер -
непрерывное с ежесуточной подачей сырого навоза в количестве 5% от объема
заполнения камер, т.е. длительность брожения составляет 20 - 21 день.
Постоянная температура брожения поддерживается
впуском пара в камеры брожения.
Установка работает по следующей технологической
схеме: навозная масса из коровника по закрытым каналам самосплавом подается в
навозоприемник 2 (рис ), где он смешивается с жижей и фекальным насосом
перекачивается в мерный резервуар.
Отсюда масса идет в распределительный бак сырого
навоза, установленный на втором этаже насосной № 2. Из него самотеком поступает
в бродильные камеры 13 и 18.
Сброженная масса самотеком поступает в открытое
навозохранилище. Из навозохранилища готовый жидкий навоз вывозят на поля
жижерасбрасываетелями.
Полученный в результате брожения газ собирается в
верхней части бродильных камер и по трубопроводу поступает в газгольдер,
проходя по пути через бак мокрой сероочистки (для освобождения от
сероводорода). Давление в газгольдере - 300 - 400 мм вод. ст. из газгольдера
газ, по мере надобности, подается потребителям.
3.3.1.
Конструкционный расчет менантенка.
Самым важным элементом биогазовой установки является
менантенк. От его конструкции зависит производительность и экономическая
эффективность всей установки.
Анализ форм менантенков.
А) Овальная. Достоинства: наилучшие условия для
перемешивания и отвода осадков, разрушения плавающей корки.
Недостатки: высокая стоимость изготовления.
Б) Цилиндрическо-коническая. Достоинства:
обеспечивает удаление сверху корки, снизу - отстоявшегося субстрата (шлама)
Материалы: сталь, пластмасса, бетон.
В) Цилиндрическая. Достоинства: простая технологичность
изготовления.
Недостатки: условия для перемешивания тока жидкости
менее благоприятно, требуют значительных удельных затрат энергии.
Г) Наклонно-горизонтальное расположение
цилиндрического менантенка.
Достоинства: наклонное расположение облегчает
стекание шлама к выгрузному отверстию, лучше заполнение, перемешивание.
Недостатки: подземное расположение камеры сбраживания
ухудшает теплотехнические показатели.
Материалы: листовая сталь.
Д) Горизонтальное расположение цилиндрического
менантенка. Достоинства: позволяет сбраживать большое количество субстрата,
экономия затрат, удобство разрушения корки.
Недостатки: процесс брожения протекает стихийно,
бесконтрольно, значительная продолжительность сбраживания.
Принимаем для проекта цилиндрическо-коническую форму
менантенка.
Габаритные размеры реактора определяем, исходя из его
емкости.
Для теплоизоляции применяем маты из стеклянного
штапельного волокна.
Материалом для изготовления основного корпуса -
листовая сталь.
И, в заключение, отмечу:
Учитывая перспективность анаэробной обработки отходов
животноводства, во Всесоюзном Научно-Исследовательском Конструкторском и
Проектно-технологическом Институте Органических Удобрений и Торфа (ВНИПТИОУ) в
1985 - 1988 гг. изучали влияние различных условий ферментации на свойства
навоза КРС, а также эффективность применения сброженного навоза в качестве
органического удобрения.
Выводы:
1)
В результате анаэробной переработки общее содержание основных биогенных
и гумусообразующих веществ в навозе КРС не претерпевало заметных изменений. В
месте с тем метангенерация сопровождалась специфическими изменениями в
содержании аммонийного азота, углерода, сухого органического вещества,
аминокислот и жирных летучих кислот.
2)
Анаэробная переработка бесподстилочного навоза обеспечивала эффективное
обеззараживание его от семян сорных растений, яиц гельминтов.
3)
В процессе метановой ферментации отмечалось улучшение реологических
свойств сброженного навоза: снижалось общее содержание взвешенных частиц,
количество частиц крупного размера, уменьшалась плотность навоза.
4)
Влияние сброженного бесподстилочного навоза КРС на урожай и качество
сельскохозяйственных культур не уступало действию исходного бесподстилочного
навоза.
3.3.2.
Меры безопасности при изготовлении и монтаже менантенка
биогазовой установки.
а) При механической обработке резанием и шлифованием
электроинструмента.
Вид опасности: опасность электротравмы; травмирование
срезанным металлом (стружкой); высокое содержание абразивной пыли в воздухе
(при шлифовке); возможность электротравмы, ожога.
Меры безопасности: металлический корпус
электроинструмента необходимо заземлить; работать с электроинструментом в
диэлектрических калошах и перчатках; работать с применением средств
индивидуальной защиты (очки, головной убор, респиратор); не проверять шероховатость
обрабатываемой детали на ощупь; стружку и абразивную пыль сметать щеткой.
Страницы: 1, 2
|