Режимы обработки бесподстилочного свиного навоза в отстойниках с фильтрами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Петренко, Иван Михайлович

• Петренко, Иван Михайлович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петренко, Иван Михайлович

ВВЕЩЕНИЕ

1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Состав и свойства бесподстилочного свиного навоза . '

1.2. Состав и свойства соломы

1.3. Анализ технологий разделения жидкого навоза и навозных стоков в отстойниках с фильтрующими элементами

1.4. Анализ исследований процесса разделения навоза тонкослойным отстойником

1.5. Анализ исследований процесса разделения навоза фильтрованием

1.6. Выводы

1.7. Цель и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ НАВОЗА

В ОТСТОЙНИКЕ С ФИЛЬТРУЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.

2.1. Изучение характера выделения тонкодисперсных частиц из бесподстилочного свиного навоза.

2.2. Определение производительности тонкослойного отстойника

2.3. Определение эффективности работы тонкослойного отстойника .:.

2.4. Обоснование параметров фильтрующих элементов отстойника

2.5. Определение периода обезвоживания осадка в отстойнике

2.6. Выводы

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТМЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Программа экспериментального исследования.----.

3.2. Методика определения влияния расхода бесподстилочного навоза на гидравлическую крупность частиц, задерживаемых тонкослойным отстойником

3.3. Методика определения глубины потока навоза в тонкослойном отстойнике

3.4. Методика определения эффективности разделения навоза тонкослойным отстойником .•

3.5. Методика определения параметров и режимов работы фильтрующих элементов

3.6. Методика определения эффективности разделения навоза тонкослойным отстойником с фильтрующими элементами

3.7. Методика проведения производственной проверки отстойника с фильтрующими элементами

3.8. Методика обработки экспериментальных данных и оценка погрешностей измерений

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ

АНАЛИЗ

4.1. Определение влияния расхода бесподстилочного навоза на гидравлическую крупность частиц, задерживаемых тонкослойным отстойником

4.2. Определение глубины потока навоза в тонкослойном отстойнике

4.3. Определение эффективности разделения навоза тонкослойным отстойником

4.4. Определение параметров и режимов работы фильтрующих элементов отстойника . Ю

4.5. Определение эффективности разделения навоза тонкослойным отстойником с фильтрующими элементами . 1С

4.6. Результаты производственной проверки отстойника с фильтрующими элементами .1ио

4.7. Выводы .П

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1. Технологический расчет отстойника с фильтрующими элементами

5.2. Технико-экономическая оценка результатов исследования

5.3. Выводы.13?

ОБЩИЕ вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Петренко, Иван Михайлович

4.7. Выводы

4.7.1. Объемная производительность тонкослойного отстойника линейно зависит от гидравлической крупности задерживаемых час -тиц и конструктивных его параметров. Снижение объемной производительности из-за несовершенства распределительного устройства приемной камеры и влияния других факторов учитывается поправочным коэффициентом =0,72. 0,78.

4.7.2. Высокую эффективность разделения низкоконцентрированного бесподстилочного свиного навоза, соответствующую обычным (глубоким) отстойникам, можно получить при глубине потока навоза в тонкослойном отстойнике, равной 0,06.0,13 м.

4.7.3. Высокую эффективность разделения высококощентриро -ванного бесподстилочного свиного навоза тонкослойным отстойни -ком можно получить при скорости потока, равной 0,0011.0,0026 м/с. Превышение указанных скоростей приводит к существенному ухудшению качества процесса разделения.

4.7.4. Для разделения бесподстилочного свиного навоза наи ~ более целесообразно использовать соломенные фильтры, имеющие достаточно высокую общую пропускную способность и продолжительность работы без прекращения фильтрования.

4.7.5. Применение соломенных фильтров в тонкослойных отстойниках увеличивает продолжительность работы фильтров и улучшает на 4.11 % качество процесса разделения бесподстилочного сви -ного навоза. Качество разделительного процесса при длительной работе фильтра улучшается.

4.7.6. Рабочие скорости потока бесподстилочного свиного навоза в тонкослойном отстойнике, оборудованном соломенным фильтром, при непрерывном режиме подачи навоза, составляют 0,0011.

0,0022 м/с. Удельная производительность соломенного фильтра в з / 2 зависимости от размера частиц составляет 4,0.8,0 м'/ч.м . Меньшие значения соответствуют средневзвешенной длине частиц 0,12.0,20 м, большие - 0,20.0,30 м.

4.7.7. Характер накопления осадка навоза в отстойнике,обо -рудованном соломенным фильтром, аналогичен седиментационной кривой, смещенной от начала координат на определенную величину.

4.7.8. Основным фактором, влияющим на процесс обезвоживания осадка навоза в отстойнике, оборудованном соломенным фильтром, является фильтрование под действием гравитационных сил Сдрени -рование). Испарение является сопутствующим процессом и состав

О О ляет в среднем 0,0027 м /м -сутки.

4.7.9. Соломенные фильтры, установленные в отстойниках,работающих в режиме осаждения взвесей в тонком слое, обеспечивают повышение качества разделительного процесса и сохраняют свою работоспособность в течение всего технологического цикла.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1. Технологический расчет отстойника :,с фильтрующими элементами

Технологический расчет проводится в целях определения производительности отдельных элементов (отстойника, фильтра) и системы разделения навоза в целом. Для проведения расчетов составим операторную схему рассматриваемой системы (рис.5Л).

На основе закона сохранения массы определим нагрузки на элементы рассматриваемой системы в условиях установившегося технологического режима, составив для каждого элемента уравнения материального баланса / 41, 47.49 /.

Уравнения материального баланса по общим массовым расходам поступающего на обработку навоза и продуктов его обработки имеют вид: то - т-от 0 ; С5Л) тж-гпгф-тср =0. (5.2)

Уравнения материального баланса по массовым расходам аб-со -лютно сухого вещества, содержащегося в физических потоках, имеют вид: тспс - тагс0Т -т^а^о, (5.3)

ГПфСф= 0, (5.4) где ГПС} ГН-от, ГП-Тфу ^тк,^ср - суточный массовый выход, т, соответственно: поступающего на разделение усредненного навоза; осадка после разделения усредненного навоза в отстойнике; жидкой фракции, полученной при отстаивании на -воза; твердой фракции, задерживаемой фильтром;фильтрата, полученного в процессе фильтрования;

О^Сд^СпсОтф Оф - массовая доля абсолютно сухого вещества в соответствующих потока, %. те ГПот . т- т„ 1 7

Тф тер

Рис.5 Л. Операторная схема разделения навоза: отстойником с фильтрующим элементом: I - отстойник; 2 - фильтр.

Разделив обе части уравнения (5.3) на ГС1сСс и обозначив т0с0

77 П тссс 2"

5.5) получим: тОТсОТ = £0 т0Сс , т^о^ =(1 - ) тс ос

5.6)

5.7)

После аналогичного преобразования уравнения (5.4) получим гпгф°тср — Ос^'^ж^ж^ > ж ^ж

5.8) гПфОср = (£-12ср )гпжожЛ

5.9)

В уравнениях (5.5) .(5.9) ф а и /?ф соответственно эф -фективность вьщеления абсолютно сухого вещества отстойником и фильтром.

Для определения нагрузок на элементы системы разделения навоза по представленным зависимостям необходимо из технологических условий функционирования системы задать значения некоторых неизвестных.

Пусть по технологическим условиям известны: эффективность работы отстойника и фильтра ( ? Г^до ) ? масса ГПр и кон -центрация С с усредненного навоза, поступающего на обработку.

Тогда, решая последовательно уравнения (5.6).(5.9),найдем искомые значения нагрузок на элементы системы разделения навоза.

С учетом изложенного, масса абсолютно сухого вещества в поступающем на обработку усредненном навозе применительно к свиноводческому комплексу по выращиванию и откорму 12 тыс.свиней в год (табл.1.2) составит:

Усредненный навоз подается в отстойник, эффективность которого по нашим экспериментальным данным составляет в среднем П~

65 % на выделении абсолютно сухого вещества (а.с.в.). В процессе разделения в отстойнике выделяется осадок, количество а.с.в. в котором определим по выражению (5.6). что при содержании абсолютно сухого вещества в осадке 6 % (сред

77 с 0о * 300 • 0,015 = 4,5 т

ГП0Т 0ОТ * 0,65 • 300 . 0,015 « 2,925 т, нее значение по результатам наших экспериментов) составит: т » 2У925 . = 49,0 т. '11от 0,06

Количество а.с.в. в жидкой фракции, полученной при отстаивании навоза, находим по выражению (5.7)

I - 0,65) 300.0,015 » 1,575 т.

Массу, выделенной отстойником жидкой фракции, определим по уравнению (5.1): тж= 300 - 49 ^ 251 т. Ее объем при плотности ^Эж: = 1,0035 т/м3 / 7 /:

1Г = .151 = 250 м3

Уж

Содержание абсолютно сухого вещества в жидкой фракции п « . х>575 . . 100 % « 0,6 %.

251

Предварительно обработанный в отстойнике навоз поступает на фильтр, эффективность которого по а.с.в. составляет по нашим экспериментальным данным 4.11 % (для расчета принимаем 7 %). При разделении на фильтре получают очищенный фильтрат, количество а.с.в. в котором определяется по выражению (5.9): тср °qo = (I " '1,575 = 1,465 т.

Тогда содержание а.с.в. в осадке, задержанном на фильтре, составит ( уравнение 5.4): ттф Стср * 1,575 - 1,465 - 0,11 т, что при содержании абсолютно сухого вещества в осадке, равном 10 % (среднее значение по результатам наших опытов), составит: m - » и т. liLTCp о,ю

Массу полученного фильтрата определим по уравнению (5.2) ГПср - 251,0 - 1,1 = 249,9 т.

Его концентрация составит:

Л ж 1Л65 . 100 % = 0,59 с Ф 249,9

Итак, при обработке навоза в отстойнике получено 249,9 т фильтрата с содержанием в нем абсолютно сухого вещества 0,59 %, а также 49,0 т осадка средней влажностью 94 обезвоживание которого осуществляется путем испарения и фильтрования через фильтрующие элементы отстойника. При этом 1,1 т взвесей задержано фильтром.

Из всего многообразия сооружений для разделения бесподстилочного навоза и продуктов его обработки наиболее целесообразно применить в комплексе по выращиванию и откорму 12 тыс.сви -ней отстойник-навозонакопитель (приложение II) емкостью Ь7Х)уР по типовому проекту т.п. 802-9.42.84 (восстановлен в 1989 го -ду), состоящий из двух секций вместимостью 2850 м3 каждая.Тогда, применяя режим заполнения, отстаивания и слива осветленной жидкости из секций отстойника, рекомендованный в /8/, построим график работы, представленный на рис.5.2. Особенность предло -женного в /8 / режима работы отстойников состоит в том, что в целях повышения эффективности процесса разделения бесподстилочного свиного навоза, последний после заполнения секции отстаивается в ней не менее пяти суток. После чего осуществляется слив осветленной жидкости.

Из графика видно, что заполнение первой секции отстойника производится 34 суток,отстаивание навоза и слив осветленной жидкости - 36 суток, обезвоживание образовавшегося осадка - 60 суток. Таким образом, оборачиваемость первой секции отстойника d ы as SC >53 О 6-« О Б* О Я я а-id CD О

2375

1650

-I - --ш1 * .(L

1700м3

70 сут.

60 сут,

2850 (,.

1650

74,5 сут.

1375 t. -. t-i---1

2850

1700 м3

60 сут. ««<*»»

ЗАПОЛНЕНИЕ

2375

1950 и слив

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ й ВЫГРУЗКА ОСАДКА

2375 1950

I-L--I. tI--Jt

1.0200 м"

1700 м 3

34 сут.

10200 мJ

60 сут.

34 сут. мюгоо мз ^ а

34 сут. 0

1.0

20

40 5.0 60 70 . 30 90 Рис. 5.2. Графики работы отстойников

100 иут,

ГО lib. составляет 130 суток» а второй секции 134,5 суток. Всего же для обеспечения свиноводческого комплекса на 12 тыс.голов поо требуется четыре секции общей вместимостью 11400 м .

Совмещение операций заполнения секций навозом, его отстаивания, отвода осветленной жидкости, предложенное в нашей работе, позволяет довести оборачиваемость секций до 94 суток с учетом периода обезвоживания образовавшегося осадка, принятого, как и в первом случае, равного 60 суткам. Общая же потребность в секциях отстойника для свиноводческого комплекса на 12 тыс. голов равна трем при их вместимости 8550 м3.

5.2. Технико-экономическая оценка результатов исследования

Технико-экономическая оценка проведена в соответствии с ГОСТ 23730-88 / 18 / "Методы экономической оценки". Согласно методике / 72 / основным показателем эффективности новых технических решений является годовой экономический эффект,опре -деляемый разностью приведенных затрат базового и нового вариантов. При этом за базовый вариант рекомендуется принимать показатели существующих технических средств, которые выполняют сходные операции и могут быть заменены новыми. Обязательным условием является сопоставимость сравниваемых вариантов технических средств по объему производимой работы и качеству ее выполнения (приложение 12).

В качестве базового варианта принят отстойник-навозонако-питель (приложение II) емкостью 5700 м3, применяемый в настоящее время для обработки бесподстилочного свиного навоза на свиноводческих комплексах по выращиванию и откорму 12 и 24 тыс. свиней в год / 94 /.

Для сравнения с ним принят такой же отстойник, но оборудованный соломенными фильтрами по аналогии с тем, как это выполнено нами на комплексе по выращиванию и откорму 108 тыс.свиней в год " Индустриальный" Тимашевского района Краснодарского края. Показатели сравниваемых технических средств применительно к свиноводческому комплексу на 12 тыс.голов представлены в таблице 5.1.