Совершенствование биогазовых установок для производства удобрений из навоза КРС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Чернышов, Анатолий Анатольевич

• Чернышов, Анатолий Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чернышов, Анатолий Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава1 .Состояние вопроса производства удобрений и задачи исследований.

1.1 .Требования к органическим удобрениям и способы их получения из жидкого навоза.

1.2.Биогазовые установки - наиболее эффективные устройства для получения удобрений.

Выводы, цель и задачи исследований.

Глава 2. Теоретические исследования процесса обработки навоза в метантенках.

2.1. Исследование процесса движения флотируемой массы в камере сбраживания метантенка.

2.2. Определение исходных данных для расчета метантенка

Выводы.

Глава 3.Экспериментальные исследования режимов процесса получения жидких органических удобрений в реакторах с направляющими конусами.

3.1 .Программа и методика исследований.

3.2.Результаты опытов и их анализ.

3.3.Методика инженерного расчёта метантенка с направляющими конусами.

Глава 4. Результаты хозяйственной проверки биогазовой установки в полевых условиях и её технико-экономическая оценка.

4.1.Результаты хозяйственных испытаний опытного образца биогазовой установки.

4.2. Технико-экономическая оценка биогазовой установки.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование биогазовых установок для производства удобрений из навоза КРС»

За последние годы в России значительно изменилось состояние сельскохозяйственных земель. Количество гумуса в них резко уменьшилось. Так, по данным Россельхозакадемии (А.Н.Каштанов) в настоящее время применение органических удобрений на полях страны сократилось в 8 — 10 раз.

В тоже время необходимо отметить, что во многих европейских странах, особенно в Германии, Финляндии, Голландии и др., роль органических удобрений в деле повышения плодородия почвы значительно возросла и фермеры начинают переходить на так называемое «органическое земледелие».

Одним из основных видов органических удобрений является навоз и помет, которых, по расчетным данным, в стране ежегодно образуется около 540 млн.тонн.

Однако без соответствующей переработки использовать их в качестве удобрения не рекомендуется т.к. они содержат такие опасные загрязнения как болезнетворные микроорганизмы, зародыши гельминтов, семена сорных растений и др.

Одним из наиболее перспективных является метод переработки навоза в анаэробных условиях с помощью биогазовых установок с одновременным получением горючего газа метана и жидкого органического удобрения.

Однако в современных биогазовых реакторах при обработке навоза всегда имеют место проскоки необработанного навоза, что ведет к повторному заражению сброженной биомассы и внесению в почву семян сорных растений, и в конечном итоге к снижению эффективности обработки.

В связи с этим, основной целью настоящей диссертационной работы, является разработка биогазовой установки, для производства высококачественных органических удобрений полностью обеззараженных и обезвреженных от гельминтов и семян сорных растений.

Основные положения и результаты исследований доложены на технических совещаниях специалистов в ВНИКОМЖ г. Москва и в ВНИПТИОУ г. Владимир 8-10 октября 2002года и на 3-й Международной научно-технической конференции 14-15 мая 2003 года, Москва, ГНУ ВИЭСХ.

Работа проведена в отделе биоэнергетики и охраны окружающей среды Государственного научного учреждения ВИЭСХ в соответствии с заданием РАСХН 03.02.04 Ф «Разработать новые биогазовые технологии в системах утилизации навоза и навозных стоков на животноводческих фермах и птицефабриках», а также концепцией фундаментальных исследований в системах утилизации навоза.

Отдельные задачи исследований по разделению навозных стоков на фракции перед подачей их на обработку в анаэробный реактор были решены при выполнении заданий ВНИКОМЖ в 1999 - 2001 гг, в которых автор принимал участие в качестве консультанта.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Чернышов, Анатолий Анатольевич

Общие выводы.

1. На животноводческих фермах КРС страны при подстилочном содержании животных ежегодно образуется около 0,6 млрд. тонн навоза. Применение анаэробного метода для переработки жидкого навоза позволит ускорить его разложение, при этом достигается гибель гельминтов, болезнетворных микроорганизмов и семян сорных растений, снижается запах, а также получаются продукты переработки в виде стабилизированных удобрений и газообразного топлива- биогаза.

2. Предложен высокоэффективный элемент технологии сбраживания жидкого навоза КРС в метантенках на основе удерживания биомассы при помощи направляющих конусов. Это дает возможность обеспечить полную гельминтизацию и девитализацию сброженного навоза в соответствии с требованиями санитарных норм.

3. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены:

- математическая модель и основные закономерности движения навоза в метантенке,

- зависимости для определения скорости движения биомассы по наклонной поверхности конуса, угла наклона его образующих и производительности метантенка по удобрению,

- физическая модель метантенка (лабораторная установка), позволяющая проанализировать скорость подъема и движения пузырьков биогаза по наклонной поверхности конусов.

4. Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать методику расчета метантенка с направляющими конусами. Предложенная методика дает возможность определять конструктивно-технологические параметры метантенка требуемого объема. На основе С этой методики разработана техдокументация и построен опытный образец биогазовой установки с объемом метантенка 65 м3.

5. Результаты производственных испытаний биогазовой установки на ферме КРС ГУЛ ПНО «Пойма» (Московская область) подтвердили ее работоспособность при высоком качестве получаемых жидких удобрений. (Получен сертификат качества).

6.Внедрение модернизированной установки для переработки жидкого навоза на ферме КРС сто голов позволяет получить годовой экономический эффект в сумме 269614 рублей. Срок окупаемости капитальных вложений составляет 3,25 года.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чернышов, Анатолий Анатольевич, 2004 год

1. А.А.Ковалёв, В.С.Федотов, Л.И.Ульченко, Р.А.Мельник.

2. Экологическая оценка биоэнергетической установки. НТБпо электрификации сельского хозяйства. Вып.2. М.,1989.

3. Аметистов Е.В., Григорьев В.А. и др. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент (Справочник) М., Энергоиздат, 1982, с.512.

4. Бакулов И.А., Кокурин В.А., Котляров В.М. Передвижнаяустановка для обеззараживания сточных вод. Покров, 1978 с. 5.

5. Брык Н., Донец С., Высовень В. Технология и оборудование для переработки безподстилочного навоза. Техника в сельском хозяйстве, 1976,№4,с.37-39.

6. Бартенев П.М., Ермилова В.Н. К теории реологических свойств дисперсных систем. Вязкие жидкообразные системы. В сб: Физико-химическая механика дисперсных структур. М., Наука, 1966, с.440.

7. Баадер В., Доне Е., Бренндоргер М. Биогаз: теория ипрактика. Перевод с немецкого М.И. Серебряного, М., 1982, с. 148.

8. Варфоломеев С.Д., Панцхава Е.С. Биотехнология преобразования солнечной энергии. Современное состояние проблемы, перспективы.-Вкн. Биотехнология.М., 1984, с. 125-137.

9. Веденяпин F.B. Общая методика экспериментальных,, исследований и обработки опытных данных. М., Колос, 1973, с. 199.

10. Ю.Верховский В.М. и др. Исследование физико-химических свойств жидкого навоза. Минск, 1970,с.32.t

11. Гюнтер Л.И., Гольдфарб JI.JI. Метантенки М., Стройиздат, 1991.

12. Денисов Л.А., Гриднев П.И., Дурдыбаев С.Д. и др. Концепция развития технологии и технических средств уборки навоза из помещений и подготовки органических удобрений на период до 2010.ВНИИМЖ, Подольск,2002.

13. Жирков Е.И., Доливо Добровольский Л.В., Уделис А.Л. Биологическое обеззараживание стоков животноводческих комплексов. Использование сточных вод для орошения. М., 1978, 41- 45 с.

14. Зуев В.А., Текучева М.С. Реологические характеристики экспериментов крупного рогатого скота. Научно -технический бюллютень по электрификации сельского хозяйства. М., Вып. 1, 1971, с. 39 45.

15. Ковалёв Д.А. Биогазовый контактный реактор в системе очистки навозных стоков свиноферм. 3-я Международная научно-техническая конференция, часть 3, М.,2003.

16. Ковалёв А.А., Филаретов А.И. Использование органических удобрений и биоресурсов в современном земледелии. Владимир,2002, с. 173-175.

17. Ковалёв Н.Г., Малинин Б.М., Полозова В.Г. Производство нетрадиционных удобрений методом биоферментации. Использование органических удобрений и биоресурсов в современном земледелии. Владимир,2002, с.77-78.f

18. Ковалёв А.А.,Марсагишвили Г.П., Гудиев З.А. Анаэробная переработка твёрдых отходов в биогаз и органические удобрения. НТБ ВИЭСХ, вып. 1 (66), 1990,с.77-85.

19. Классен В.И. и др. Физико-химические основы теории флотации. М., Наука,1983, с. 171.

20. Крупенин А.В. Исследование вязкопластических свойствнавоза крупного рогатого скота. Л., Записки ЛСХИ, вып.2,1969.

21. Ковалёв А.А., Ножевникова А.Н. Технологические линии утилизации отходов животноводства в биогаз и удобрения.с1. М., Знание,1990,с.49.

22. Ковалёв А.А. Научные основы построения расчёта технологических линий производства биогаза. Научные труды ВИЭСХ. Энергетика и электромеханизация сельского хозяйства. М., 2000, том 87.

23. Ковалёв А.А. «Технология и технико-энергетическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза на животноводческих фермах». Докторская диссертация, М.,1998.

24. Ковалёв А.А. Биотехнология, гл.7, под ред. Шевелуха B.C., изд. Высшая школа,2003.

25. Ковалев Н.Г., Малинин Б.М., Полозова В.Г. Производство нетрадиционных удобрений методом биоферментации. Использование органических удобрений и биоресурсов в современном земледелии. Владимир, 2002, 77 78 с.

26. Классен В.И. и др. Физико химические основы теории флотации. М. «Наука», 1983, с. 171.

27. Крупенин А.В. Исследование вязкопластических свойств навоза крупного рогатого скота. JI., Записки ЛСХИ, вып. 2, 1969.

28. Ковалев Н.Г., Глазков И.К. Проектирование системутилизации навоза на комплексах. М., ВО «Агропромиздат», 1989, с. 11.

29. Ковалёв Н.Г., Ковалёв А.А., Гриднев П.И. и др. Интенсификация процесса анаэробной переработкиэкскрементов сельскохозяйственных животных. АрмНИИНТИ, 1979, №1,с.5.

30. Калюжный С.В., Данилович Д.А., Ножевникова А.Н. Итоги науки и техники, сер. Биотехнология, М., ВИНИТИ, 1991, том 29.

31. Ковалёв Н.Г., Глазков И.К. Проектирование систем утилизации навоза на комплексах. М., ВО «Агропромиздат», 1989.

32. Коваленко В.П. Механизация обработки бесподстилочного навоза. М., Колос. 1984.

33. Личман Г.И. Исследование процесса движения навоза по напорным трубопроводам с целью обоснования их параметров и режимов транспортирования. Автореф. дисс. канд. тех. наук, М., 1975.

34. Личман Г.И., Марченко Н.М. Механико-технологические основы дифференцированного внесения жидких органических удобрений. Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства, труды ВНИИМЖ, том 6, часть 2, Подольск, 1997.

35. Марченко Н.М. и др. Расчет трубопроводных систем для (навоза. Механизация и электрификация сельского хозяйства. М., 1975, № 6, с. 20, 21.

36. Матов Б.М. Электрофлотация. Кишинев, 1971, с. 69.

37. Мельник Р.А., Ковалёв А.А. Эффективность работыiбиогазовой установки при очистке животноводческих стоков. Научные труды ВИЭСХ «Энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве», том 81, с.63-68.

38. Методика определения экономической эффективности ветеринарных мероприятий. М.,1982.

39. Методика подсчёта убытков, причинённых государству нарушением водного законодательства. ЦБНТИ, Минводхоз СССР, М.,1983.

40. Нормы технологического проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета, НТП 17 99, МСХ РФ, М., 2001, п. 13,17, е., 39.

41. Ножевникова А.Н., Ковалёв А.А., Некрасова В.К., Костюк В.Б., Венецкая С.Л. Метановое сбраживание жидкого навоза в реакторе «Анаэробный биофильтр». Биотехнология, 1992,4, с. 36-41.

42. Ножевникова А.Н. Рост анаэробных бактерий в метаногенных ассоциациях и смешанных культурах. Итоги науки и техники, серия Микробиология, М.,

43. Общесоюзные нормы технологического проектированиясистем удаления и подготовки к использованию навоза,1

44. ОНТП 17-86, Госагропром СССР, М.,1986. 49.Охрана окружающей среды: справочник, составитель JI.П.Шариков. Л.,1978.

45. Панцхава Е.С. Применение метанового сбраживания в народном хозяйстве ВКН: Теоретические и методические основы изучения анаэробных микроорганизмов: - Пущино, Академия наук СССР, 1978, с. 158 - 163.

46. Пузанков А.Г., Мхитарян Г.А., Гришаев И.Д. Обеззараживание стоков животноводческих комплексов. М., Агропромиздат, 1986, с. 82 83.

47. Панцхава Е.С. Применение метанового брожения в народном хозяйстве. В кн. Теоретические и методические основы изучения анаэробных микроорганизмов, Пущино. Научный центр биологических исследований АН СССР, 1978,с. 158168.

48. Панцхава Е.С. Биомасса-возобновляемый вид топлива и энергии. Энергетика и электрификация, Киев, 1989,№3.

49. Панцхава Е.С. Биомасса:решение проблемы. Энергия, 1987, №1,с. 14-17.

50. Рекомендации по применению сброженного навоза, помета (

51. ВНИПТИОУ). Владимир, 2002.бб.Реймерс М.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды. М.,2002.

52. Савин В.Д., Шрамков В.М., Гришаев И.Д. Выбор рациональных параметров установки для термохимическогоIобеззараживания навоза. Труды ВНИИкомплекс.пробл.машиностр.для животноводства икормопроизводства, 1987, №12.-87-91, РЖ.44.1988, №5, с.67.I

53. Семененко И.В. Проектирование биогазовых установок. Изд.Мрия, Сумы, 1996.

54. Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1981-1990 гг., часть 2, Животноводство, ЦНИИТЭИ, М., 1981,с.252.

55. Тарасов С.И., Мёрзлая Г.Е. Технические требования к традиционным и новым видам органических удобрений. Агрохимический вестник, №1,2003,с.910.

56. Тезисы докладов научно производственного совещания по биологическим методам переработки жидкого навоза. Киев, 1983.

57. Тарасов С.И., Тамонова А.А. Эффективность действия исходного и сброженного навоза крупного рогатого скота на урожай сельскохозяйственных культур. В кн. «Биогаз-87», тезисы докладов,Рига, 1987, с.94.

58. Упитис В.В., Соколова Е.Б. Биоэнергетика и энергобаланс агроэкологического комплекса Западного региона. «Биогаз87»,тезисы докладов совещания по технической биоэнергетике, Рига, 1987.

59. Уыгуряну Д.В., Ионец И.Г. Применение иммобилизованныхIмикроорганизмов для анаэробной обработки сточных вод. «Биогаз-87», тезисы докладов совещания по технической биоэнергетике, Рига, 1987.

60. Чернышев А.А., Ковалёв Д.А. Контактный биогазовый реактор для очистки навозных стоков. Паспорт каталога НТД, с.89-90, 2001.

61. Чернышов А.А., Исаенков Н.И., Тарасов С.И., Шрамков В.М.,Савин В.Д. Опыт производства органических удобрений. Механизация и электрификация сельского хозяйства, №8,2003.

62. Чернышов А.А. К вопросу надёжности и эффективности обеззараживания навоза в биогазовых установках. 3-я Международная научно-техническая конференция, часть 3, М., 2003.

63. Чернышев А.А., Ковалёв Д.А. Линия по производству (удобрений из навоза. Каталог «Энергосбережение»,2003.

64. Чернышев А.А. Параметры биогазовой установки для сбраживания отходов животноводства. Механизация и электрификация сельского хозяйства,2004.

65. Чернышов А.А., Ковалёв Д.А. Установка для переработки органических отходов, преимущественно животноводства и птицеводства. Патент РФ №2234829 от 27.08.2004г.

66. Шрамков В.М., Савин В.Д. Переработка органическихIотходов в удобрение и биогаз., htt: // agro. sakha. ru/docs/iks 0028. htm.

67. Herzog B. Bio Energie fur das ganze Dorf. «Sehweiz. techn. Z», 1987, 84, № 9, c. 10 - 13.

68. BONACCI G., CORRTELLINI L., PICCININI S., TILCHE A. The Bioqas project in Emilia Romagna (Italy) // Proc. Ihtern. cnj on eioenergy, 15-21 Jne, 1984 - GoteBorg, 1984 - Vol. 3 - P. 333 - 339.

69. A.Kovaliov. Anaerobic treatment of liquid manure of pigbreeding farms. 3 Int. Congress «Wykorystanie energii odnawialnej v Rolnictwie», Warszava, 1997.

70. Kovaliov A.A. Utilizaishion of heat of biotermic fermentation of manure for biogas prodaction in conditions of pasturalbelive-stock farming. EERO Workshop «Methanogenesis for sustainable environmental protection». 1996 St. Petersburg, Russia.

71. Lee J.W.// Env. Progress. 1989, v. 8, N.2.

72. Design and Construction of Biogas Digesters in Rural Areas of China. The Sth UNDP-FAO-China International Biogas Training Course, April 1986, Chengdu, Sinhuan Province.

73. Lettinga G., Hulshoff Pol W.// Proc.Int.Comrse on Anaerobic Waste Water Treatment, 25.07.-03.08.90. Ed.Agricultural University Wageningen ( Holland).

74. Linke В., Vollmer G. Anaerobe Fermentation ausgewahlter Gullesubstrate// Wiss Beatr. Ingenierhochsch.Kothen.-1985,-1 .-40-43.РЖ.26Ею-1988ю-№6.с.59. Анаэробная ферментация при использовании в качестве субстрата навозной жижи.

75. Zubr I. Biogas technology for protection of the environment Roceedings of Int.Agricultural mechanization conference. P.269-276. Beijing, China, October, 1991.