Технология утилизации навоза.

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.

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 (V_1м =V_2м = 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.

Условия эксплуатации биогазовой установки.

1) Для биогазовой установки влажность загружаемой массы должна быть в пределах 88 - 95%; длительность сбраживания 20 - 22 дня; ежесуточно камеры загружаются сырым навозом в количестве 5% от их объема.

2) При пуске установки в работу вначале загружается одна бродильная камера. Для ускорения процесса сбраживания загрузку производить небольшими порциями.

3) Чтобы избежать забивания трубопровода, по которому масса выпускается из камеры сбраживания, нужно не реже одного раза в год очищать дно камер от осадка с помощью специальных механизмов.

Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях.

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.

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:

V_n= a_сут ´ t₀ ´ k_B'

          r_n

где a_сут - суточный выход навоза (влажность 92%) - 22 741, 6 кг.

r_n - плотность навоза, кг/м³ (r_n= 1020 кг/м³);

t_n - время накопления навоза, сут;

k_B - коэффициент, учитывающий изменение плотности навоза, в зависимости от исходной влажности (k_B = 1, 5).

V_n=

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:

V_м =

где q - суточная доза загрузки менантенка, %.

V_м =

Принимаем объемы двух менантенков равными V_1м = 225 м³ и V_2м = 225 м³.

Продолжительность сбраживания:

t_сб = 100/q', сут, …. Стр. 115 [1],

где q' - выход биогаза, приходящийся на 1т переработанного навоза, м³.

t_сб = 100/20 = 5 сут.

Суточный выход биогаза:

G_б = Q_сутq', м³, …. Стр 115[1].

G_б = 22 741, 6 ´ 20 = 440 м³ биогаза.

Объем газгольдера:

V_Г =

где t_н.б. = время накопления биогаза за сутки, г.

V_Г =

Принимаем объем газгольдера равным 220 м³.

Общая тепловая энергия получаемого биогаза:

Q_общ = G_б´ С_б, МДж, стр 115[1],

где С_б = 24 МДж/м³ - теплотворная способность бигаза.

Q_общ = 24´ 440 = 10 560 МДж.

Расход теплоты на нагрев исходного навоза с t₁ = 8°С до t₂ = 35°С (мезофильный режим).

Q_м.р. =

где С_н - теплоемкость навоза (С_н = 4, 06 кДж/(кг´ °С));

h= КПД нагревательного устройства (h=0, 7).

Q_м.р. =

Расход теплоты на собственные нужды:

Q_с.н. = Q_м.р. + Q_к.т., МДж, …… 115[1],

где Q_к.т. - расход теплоты на компенсацию теплопотерь.

Q_с.н. = 3 561, 3 + 200 = 3 761, 3 МДж.

Общее количество биогаза, идущего на собственные нужды:

G_б.н. = Q_с.н./С_б, м³, ………115[1],

G_б.н. =

Выход товарного биогаза:

G_б.т. =G_б - G_б.н., м³, ……115[1].

G_б.т. = 440 - 156, 7 = 283, 3 м³.

Коэффициент расхода биогаза на собственные нужды:

h_б =

h_б = 156, 7¸ 440 = 0, 35.

Тепловая мощность котла КГ-1500:

W_к = 1500С_б/G_б, МДж, …….115[1],

где С_б = 24 МДж/м³. - теплотворная способность биогаза.

W_к =

Продолжительность работы котла - парообразователя для собственных нужд установки:

t_р =

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.

12Следующая ⇒

Поделиться: