Совершенствование технологии очистки навозных стоков свинокомплексов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Ковалев, Дмитрий Александрович

• Ковалев, Дмитрий Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ковалев, Дмитрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследований по разработке энергосберегающих технологий для очистки навозных стоков £

1.1. Современные очистные сооружения свинокомплексов — крупнейшие потребители электроэнергии е

1.2. Методы повышения эффективности очистных сооружений свинокомплексов ZQ

1.3. Технологическая линия очистки навозных стоков с применением анаэробного контактного реактора 33 Выводы. Цель и задачи исследований щ

ГЛАВА II. Основные теоретические предпосылки энерго и теплосбережения в системах очистки навозных стоков //

2.1. Метод и балансовые уравнения очистки навозных стоков

2.2. Основные закономерности очистки и энергосбережения 5Т Выводы, задачи экспериментальных исследований IX

ГЛАВА III. Экспериментальные исследования процесса предварительной анаэробной обработки стоков ?

3.1. Программа и методика исследований

3.2. Исследования метаиогенеза осадка первичных отстойников $

3.3. Результаты исследований очистки навозных стоков сброженным осадком {00 Выводы Ю

ГЛАВА IV. Технико-энергетическая оценка и эффективность анаэробной обработки навозных стоков в системах их очистки МО

4.1. Методика расчета анаэробных контактных реакторов для систем предварительной анаэробной очистки МО

4.2. Экономическая эффективность предварительной анаэробной обработки навозных стоков ^д Выводы /5/

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии очистки навозных стоков свинокомплексов»

В условиях крупнотоварных ферм, особенно свинокомплексов, при образовании большого количества жидких органических отходов на относительно малых площадях значительно возрастают энергетические затраты, связанные с их переработкой и вывозом на поля. Наиболее вредное влияние на окружающую среду оказывают промышленные комплексы, на которых для уборки навоза применен гидросмыв. Такие свинокомплексы являются источником получения жидких стоков с высоким содержанием твердых органических включений, растворимых органических веществ и биогенных элементов (азота, фосфора, калия). По своему химическому составу животноводческие стоки, с одной стороны, являются ценным органическим удобрением, с другой стороны — представляют потенциальную опасность в эпидемиологическом и токсикологическом отношении. При бесконтрольном их использовании почва, грунтовые воды, воздух, растения могут загрязняться токсическими веществами, возбудителями инфекций и инвазии.

В настоящее время для обработки сточных вод животноводческих комплексов наиболее широкое распространение получил аэробный метод очистки. Однако опыт эксплуатации очистных сооружений, основанных на применении этого метода, показал, что требуемый уровень очистки не достигается, что ведет к повышенному расходу электроэнергии на обработку навозных стоков в аэротенках.

Главная причина этого - высокая концентрация органических веществ, находящихся в стоках, подаваемых на обработку в аэротенки. Применяемые технические средства для предварительной обработки (центрифуги, вибросита, отстойники и др.) не могут обеспечить удаления нужного уровня взвешенных и растворенных веществ из стока.

Известные попытки повышения эффективности данной системы очистки путем предаэрации, увеличения количества ступеней аэробной обработки, ведет к дополнительному расходу электроэнергии и соответственного увеличения количества избыточного активного ила, который нужно утилизировать. Альтернативой существующему методу может быть очистка стоков в системах биологических прудов, однако применение таких систем требует сравнительно больших площадей под их строительство и носит локальный характер.

Одним из путей решения данной проблемы является применение предварительной анаэробной обработки стоков в общей технологической линии их утилизации. Применение анаэробной обработки навозных стоков перед подачей их в аэротенки позволяет частично конверсировать растворенные органические вещества в биогаз, обеспечить их седиментацию в первичных отстойниках и, в конечном итоге, добиться требуемого уровня концентрации загрязнений для эффективной аэробной очистки. Однако до сих пор нет рекомендаций по использованию этих процессов и технических средств для их осуществления.

Поэтому вопросы совершенствования технологических линий очистки навозных стоков свиноводческих комплексов путем использования в них предварительной анаэробной обработки является актуальным.

Работа выполнялась в соответствии с заданиями РАСХН, тематическим планом ВИЭСХ задание 03.02.04.Ф «Разработать новые биогазовые технологии в системах утилизации навоза и навозных стоков на животноводческих фермах и птицефабриках» и концепцией фундаментальных исследований по развитию и биогазовых технологий в системах утилизации навоза.

Отдельные задачи исследований по предварительной анаэробной очистке навозных стоков были решены при выполнении международного Российско-Датского проекта «Разработка биологических методов утилизации и обработки навозных стоков» 1999-2000гг, в котором автор принимал участие в качестве ассистента.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Ковалев, Дмитрий Александрович

Общие выводы и предложения

1. Существующие очистные сооружения свинокомплексов по выращиванию и откорму 54- 108 тыс. голов/год являются крупнейшими потребителями электрической энергии и источниками загрязнения окружающей среды. Удельный расход энергии составляет 2,56 кВт ч на обработку 1 м3 стоков, при производительности сооружений от 1000 до 3000 м3 стоков в сутки. При этом на удаление 1 кг загрязнений по ХПК ( химическая потребность в кислороде) требуется 1,2 кВтч электроэнергии. Для повышения качества очистки навозных стоков и снижения энергозатрат на их обработку предложена технология предварительной анаэробной обработки на основе контактного реактора, дополнительно к существующему оборудованию.

2. В результате теоретических исследований на основе известных методов очистки сточных вод получены формулы для определения количества снятой ХПК в зависимости от количества беззолыюго вещества биомассы осадка (БВБ) и объема полученного биогаза (Гб) при его брожении, а также зависимости для определения параметров оборудования для предварительной обработки навозных стоков перед подачей их в аэротенки.

3. Экспериментально определены значения максимальной метаногенной активности при сбраживании осадков первичных отстойников и установлены их численные значения. Наибольшая активность метаногенеза осадка наступает при его сбраживании на 10-12 сутки.

4. Установлено, что для улучшения качества очистки по ХПК в надосадочную жидкость первичных отстойников целесообразно вводить сброженный осадок, а полученную смесь осаждать в отстойнике контактного реактора. В результате такой обработки обеспечивается снижение ХПК жидкости до требований его значений, необходимых для подачи в аэротенк - не более 5000 мг/л.

5. Определено численное значение снятой ХГЖ для навозных стоков влажностью 97-99 %. Максимальное значение снятой ХПК получено при обработке стоков влажностью 97 % сброженным осадком - ХПКс = 13000 мг/л (с 28000 до 15000 мг/л).

6. Разработана методика расчета технологической линии и конструктивных параметров оборудования для предварительной обработки навозных стоков и выполнен пример расчета применительно к очистным сооружениям свинокомплекса на 54 тыс. голов в год.

7. Определена эффективность применения предложенной технологической линии предварительной очистки навозных стоков на основе контактного реактора:

- количество сэкономленной энергии составит 435190 кВт ч в год;

- количество биогаза 157680 м3 в год;

- жидких удобрений на основе сброженного осадка 29200 т в год. Общий годовой экономический эффект составит 647518 рублей. Эффект образуется за счет прибыли от полученной продукции и сэкономленной энергии, а также за счет предотвращенного ущерба от загрязнений водного и воздушного бассейнов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ковалев, Дмитрий Александрович, 2004 год

1. A.A. Ковалев, B.C. Федотов, Л.И. Ульченко, P.A. Мельник. Экологическая оценка биоэнергетической установки. НТВ по электрификации сельского хозяйства. Вып.2. М., 1989.

2. А.Б. Бабаянц, Е.С. Панцхава, Я.А. Анухаев «Интенсификация процесса термофильного метанового брожения при производстве кормового концентрата витамина В Т2», Прикл. биохим. микроб., 1976.

3. Араратов А.К. и др. Результаты эксплуатации очистных сооружений свиноводческих комплексов. Издательство ОНТИ, Гипрониисельхоз, №9, М., 1976.

4. Архипчепко И., Гудков Г., Яковлев Н. Опыт интенсификации работы аэротенков// Свиноводство. 1986. № 1.

5. Баадер и др. Биогаз: теория и практика/ В. Баадер, Е. Доне, М. Брендерфер: Пер. с нем. М. Колос. 1982.

6. Беличенко Ю.П., Швецов М.М. Рациональное использование и охрана водных ресурсов. М., Россельхозиздат. 1986.

7. Беспамятов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л., «Химия», 1985.

8. Ю.Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований и обработки опытных данных. М., Колос, 1973, 199 с.

9. Гилядов В., Аронский К. Энергосбережение при очистке навозных стоков свиноферм. «Энергосбережение в сельском хозяйстве». Том 2. М., 2000.

10. Глазков И.К., Ковалев A.A., Лосяков В.П. Патент №2083510. Безотходный способ очистки стоков фермы. Опубл. апрель 1997, бюллетень №19.

11. Голуб Г.Ф. « Интенсификация обработки и утилизации активного ила сточных вод свинокомлексов методом электроосмоса». Автореферат диссертации к. т. н., Киев, 1990.

12. М.Гриднев П.И. Энергетические аспекты процесса переработки навоза в анаэробных условиях. // Механизация и автоматизация производственных процессов ферм крупного рогатого скота. Сборник научных трудов ВНИИМЖ, Подольск, 1987, с.97-104.

13. Гриднев П.И., Денисов В.А., Дурдыбасв С.Д. и др. Концепция развития технологий и технических средств уборки навоза из помещений и подготовки органических удобрений на период до 2010. ВНИИМЖ, Подольск, 2002.

14. Гудиев З.А. кандидатская диссертация 1993.

15. Гура В. Основы технологии производства биогаза. Варшава. 1984.

16. Гюнтер Л.И. Закономерности развития активного ила и основные направления интенсификации работы аэротенков. Диссертация доктора технических наук, М., 1977.

17. Гюнтер Л.И. Закономерности развития активного ила и основные направления интенсификации работы аэротенков. Диссертация к.т.н., М., 1977.

18. Гюнтер Л.И., Гольдфарб Л.Л. Метантенки М., Стройиздат., 1991.

19. Д.А. Ковалев Биогазовый контактный реактор в системе очистки навозных стоков свиноферм. 3-я международная научно-техническая конференция, часть 3, М., 2003.

20. Д.А. Ковалев, A.A. Ковалев Технико-экономические аспекты переработки отходов свиноводства в биогаз и органические удобрения. Тезисыдокладов конференции «Чистая Россия 2002. Обращение с отходами -проблемы и решения XXI века». 20-21 с.

21. Д.Л. Ковалев, Л.Л. Ковалев, A.A. Чернышов, C.B. Калюжный Перспективная технология очистки навозных стоков свиноферм и стенд для установления режимов работы очистных сооружений. Паспорт каталога НТД с. 53-54, 1999.

22. Д.А. Ковалев, A.A. Ковалев, А.И. Филаретов Производство удобрений из подстилочного навоза. Экология и промышленность №4, 2003.

23. Д.А. Ковалев, A.A. Ковалев, В.Г. Гилядов, Установка для очистки навозных стоков свинокомплексов.Паспорт каталога НТД., с. 75-76, 2001.

24. Д.А. Ковалев, A.A. Чернышов Контактный биогазовый реактор для очистки навозных стоков. Паспорт каталога НТД, с. 89-90, 2001.

25. Д.А. Ковалев, Гришин М.Д. Энергосбережение и повышение качества очистки навозных стоков свинокомплексов. Техника в сельском хозяйстве. М., 2004. (в печати)

26. Д.А. Ковалев, Филаретов И.И. Способ получения органических удобрений. Заявка на выдачу патента РФ №2003103993/12. Положительное решение от 09 февраля 2004.

27. Данилович Д.А. Новые достижения в области анаэробной биологической очистки концентрированных сточных вод. // Обзорная информация, М. Институт экономики жилищно-коммунального хозяйства АКХ им. К.Д. Памфилова, 1991, с.70.

28. Денисов A.A. Повышение эффективности и надежности биологической очистки сточных вод. М., 1989,41 с.

29. Дубровские B.C. Аппараты для исследования процесса анаэробной переработки с.х. отходов// Эксплуатация и усовершенствование ферментационных установок. Рига. 1986.

30. Дубровскис B.C. Переработка свинонавозной жижи в анаэробных условиях. Рига. 1985.

31. ЕСН 32.2.2.01-85 «Оросительные системы с использованием животноводческих стоков»35.3акон Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» от 19.12Л991, ст.46. Экологические требования в сельском хозяйстве.

32. Зб.Звягинцев Д.Г. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми поверхностями. М., изд-во МГУ, 1973.

33. Исследование, проектирование и строительство систем сооружений метанового сбраживания навоза: Тезисы докладов/ Гипрониисельхоз. М. 1982.

34. Калюжный С.В., Данилович Д.А., Ножевникова А.Н. Итоги науки и техники, сер. Биотехнология, М.,ВИНИТИ, 1991,том29.

35. Калюжный С.В., Ножевникова А.Н., Варфоломеев С.Д. Кинетические закономерности роста Methanosarcina vacuolata. Микробиология, 1985, 54, вып.2,с.257-262.

36. Ковалев A.A. Научные основы построения и расчета технологических линий производства биогаза. Научные труды ВИЭСХ. Энергетики и электромеханизация сельского хозяйства. М., 2000, том 87.

37. Ковалев A.A. Технико-энергетическое обоснование производства биогаза.

38. Механизация и электрификация сельского хозяйства». № 12,2000.

39. Ковалев A.A., Ножевникова А.Н. Биогазовые станция для переработки сельскохозяйственных животноводческих стоков. Возобновляемая энергетика для сельского хозяйства. Научные труды. Том 86, М., ВИЭСХ, 2000.

40. Ковалев A.A., Ножевникова А.Н. Технологические линии утилизации отходов животноводства в биогаз и удобрения. М.,1990.

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

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

43. Кормановский Л.П. Ресурсосберегающие технологии и экология. Экология и сельскохозяйственная техника. Тезисы докладов научно-практической конференции. С.-П., Павловск, 1998.

44. Линия по производству биогаза и удобрений из навоза. Кат. «Энергосбережение», 2003.

45. Лукиных Е.А. Методы доочистки сточных вод. М., Стройиздат, 1984.

46. Марпулевич И.А. Разделение жидкого свиного навоза в отстойнике. В кн. «Технология и электромеханизация производства продуктов животноводства», Л., 1987, труды НИПТИМЭСХ, с 3, с. 55-57.

47. Мельник P.A., Ковалев A.A. Эффективность работы биогазовой установки при очистке животноводческих стоков. Научные труды ВИЭСХ « Энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве», том 81, с. 63-68.

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

49. Методика подсчета убытков, причиненных государству нарушением водного законодательства. ЦБНТИ, Минводхоз СССР, М.,1983

50. Ножевиикова А.Н. Рост анаэробных бактерий в метаногенных ассоциациях и смешанных культурах. Итоги науки и техники, серия Микробиология, М., ВИНИТИ, 1991, с. 129-148.

51. 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. 158-168.

52. Реймерс М.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды. М., 2002.

53. Рспп K.P. и др. Охрана окружающей среды на предприятиях промышленных комплексов. Алма-Ата, 1986.

54. Семененко И.В. Проектирование биогазовых установок. Мрия, Сумы, 1996.

55. Трухан Э.М. Введение в экологию. Альтернативные технологии природопользования. М., 2002.

56. Унгуряну Д.В., Ионец И.Г. Применение иммобилизованных микроорганизмов для анаэробной обработки сточных вод. «Биогаз-87», тезисы докладов совещания по технической биоэнергетике, Рига, 1987.

57. Упитис В.В., Соколова Е.Б. Биоэнергетика и энергобаланс агроэкологического комплекса Западного региона. «Биогаз-87», тезисы докладов совещания по технической биоэнергетике, Рига, 1987.

58. Худенко Б.М., Шпирт Е.А., Жаров. В.Н. и др. Аэраторы для очистки сточных вод. М., Стройиздат, 1973!

59. Яковлев C.B., Скирдов И.В., Швецов В.Н., Бондарев A.A., Андрианов Ю.Н. Биологическая очистка производственных сточных вод. Процессы, эдтпараты и сооружения. М.,Стройиздзт,1985, ç.208.

60. А. Kovaliov. Anaerobic-aerobic treatment of liquid manure of pigbreeding farms. Ill Int. Congress "Wykorystanie encrgii odnawialnej v Rolnictwic", Warszawa, 1997.

61. Brucc A.M., Kouzeli-Katsiri A., P.J. Newman. Anaerobic digestion of sewage sludge and organic agricultural wastes. ECSC, EEC,EAEC, Brussels and Luxembourg, 1986

62. David P. Chynoweth, Ron Isaacson. Anaerobic digestion of biomass. Elsevier Applied Science Publishers Ltd. 1987.

63. G.L. Ferrero, M.P. Ferranti, H. Naveau. Anaerobic digestion and carbohydrate hydrolysis of waste. ECSC, EEC,EAEC, Brussels and Luxembourg, 1984.

64. Kalyuzhnyi S., Sklyar V., Fedorovich V., Kovalev A., Nozhevikova A. The development of biotechnological methods for utilization and treatment of diluted manure streams. Proc. IV Int. Conf. IMBER, Warshawa, 1998.

65. Kovaliov A.A. Utilization of heat of biotermic fermentation of manure for biogas production in conditions of pasturalbe live-stock farming. EERO Workshop "Methanogenesis for sustainable environmental protection". 1996 St. Petersburg, Russia.

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