Технологические основы процесса получения биогаза и удобрения из сельскохозяйственных отходов

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире на сегодня в развитии сельского хозяйства большое внимание уделяется получению биогаза и биоудобрений из отходов. На практике в области использования органических отходов для сокращения эмиссии парниковых газов одним из перспективных направлений является повышение производительности переработки органических удобрений1. В этом аспекте разработка способов ступенчатой анаэробной обработки и разработки путей повышения качества продукции является одной из важнейних задач. В годы независимости учеными Узбекистана оптимизации конструкций энергетических установок на основе возобновляемых видов энергии, в частности, разработке способов автоматического управления процессами переработки, созданию нового поколения устройств получения удобрений и возобновляемых энергий, ускорению процесса биохимических превращений за счет интенсивного отвода газообразных продуктов при пониженном давлении и возвратно - поступательном перемешивании биомассы уделяется особое внимание. В этом направлении по улучшению качества и количества продуктов в анаэробном апроцессе получения и внедрению их в производство получены ощутимые результаты. В настоящее время в мире получению биогаза из различных органических отходов и повышению производительности этих процессов, в частности, в определенной степени температуре, перемешиванию, вместе с анаэробными условиями оптимизации габаритных размеров имеющихся устройств перемешивания тепла в биогазовых установках, усовершенствованию процессов переработки навоза уделяется важное значение. В этом аспекте реализация целенаправленных научных исследований, в том числе, изучение физико-механических свойств наличия инородных веществ в навозе влияющих на технологические и энергетические показатели анаэробного процесса; разработка методики ступенчатой переработки навоза и обоснование оптимального количества инородного вещества при оценке по уравнению вещества; разработка технологии, обеспечивающей режим ВТВ навоза в биореакторах; разработка теоретических принципов осуществления теплообмена в процессе повторного использования тепла выбрасываемых с биоудобрениями; обоснование параметров и режима работы оказывающих влияние на показатели качества энергоустановки при ступенчатой переработке навоза с использованием тепла удалемым с биоудобрением; разработка программы на ЭВМ для контроля технологических процессов в биореакторе по переработке навоза; проводение опытно-призводственных испытаний биогазовой установки по поэтапной переработке навоза с использованием энергии биоудобрений, определение его агротехнических, энергетических и экономических показателей считаются актуальными задачами. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, определённых Постановлением Президента Республики Узбекистан от 25 мая 2017г. №ПП-3012 «О дальнейшем развитии возобновляемой энергетики в 2017-2021 годах, применении мер по повышению энергоэффективности в социальной и экономической сфере показывают актуальность и неотложность задачи по получению возобновляемой энергии и переработке сельскохозяйственных отходов». Цель исследования является разработка технологии и технических средство по переработке органических отходов в сельском хозяйстве путем ступенчатой переработки, использования энергии, содержащейся в выбрасываемых удобрениях с учетом времени технологических выдержек в биореакторах. Научная новизна исследования: разработана технология и техническое средство поэтапной обработки навоза в БГУ; разработана программа на ЭВМ для управления всеми технологическими процессами энергоустановки; определен коэффициент у, учитывающий оптимальное количество содержания инородных веществ в навозе в процессе анаэробной переработки; разработана технология обеспечивающая время технологические вкдержки навоза в биореакторах; разработана математическая модель описывающая нестационарный тепло-обмен теплоносителя и определены рациональные параметры устройства на основе аналитических зависимостей; разработана технология, схема и конструкция, определены рациональные параметры по получению биоудобрений и энергии из органических отходов; определены оптимальные параметры установки по ступенчатой переработке навоза при непрерывном режиме работы. Заключение На основе проведенных исследований по докторской диссертации на тему «Технологические основы процесса получения биогаза и удобрения из сельскохозяйственных отходов» представлены следующие выводы: 1. Увеличение влажности навоза от 86^-96 % соответственно, приводит к снижению показателей плотности 1034^-1010 кг/м3 и уровня напряжения в навозе 1,3-5- 0,04 н-с/м2. 2. Для обеспечения стабильной и бесперебойной работы биореактора необходимо учитывать коэффициент у, количество которого не должно превышать 0,006 мг/л 3. При поэтапной переработке сельскохозяйственных отходов с содержанием доза суточной загрузки 10% и использовании навоза для термофильных режимов путем выдержки навоза в биореакторах в течение 10 дней дает возможность получения биоудобрсний с самыми высокими показателями макро- и микроэлементов: азот 89,7 мг/л, фосфор 60,5 мг/л, калий 586,5 мг/л, кальций 303,3 мг/л, магний 143,7 мг/л, в составе полученного биогаза 72,2% метана (СНД, 27,4 % углекислый газ (СОг) и остаточных газов. 4. Разработаны математические модели, описывающие процесс теплообмена в периодически действующем теплообменнике биогазовой установки с пульсационным колебательным движением теплоносителей, обусловленным периодическим подключением их рабочих объемов к системе перемешивания установки. Показано, что модель-2 по сравнению с моделью-1 более легко реализуема на практике и удовлетворяет требованию адекватности реальном процессу, при этом относительная погрешность расчета температуры составляет ± 6 %. 5. Энергетическая установка поэтапной ступенчатой переработки навоза объемом 25 тонн в сутки и геометрические размеры устройства: предварительная обработка навоза - первая ступень - объем емкости 75 м3, объем теплообменника - вторая ступень обработки -4,1 м3 и пять биореакторов по 50 м3 каждые с общим объемом - 250 м3, яма для биоудобрсния 90 м3, нагревательная поверхность теплообменника 18,1 м2, а диаметр на длину нагревательных трубок составляет 0,175 и оптимальные значения теплопередачи нагревателя: время технологической выдержки = 10 суток, влажность навоза W = 94%, tn = 26 мин, to = 7,5 мин и со = 0,023 с-1, общее время рекуперации тепла 48 мин. 6. Теплообмен протекает в 3,4 раза быстрее в предлагаемом теплообменнике пульсационным методом, работающего на принципе перемешивания, по сравнению с обычными установками. 7. Разработанные инженерные методы и компьютерное программное обеспечение соответствуют классификации геометрических размеров теплообменника и его работе в автоматическом режиме. 8. Внедрение технических и технологических решений, разработанных в результате исследований, способствует эффективному ускорению научно-технического прогресса в животноводческом секторе, который является одной из важнейших областей сельского хозяйства. Использование энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии сокращает выбросы парниковых газов ежегодно на 5100 тонн, однако без учета этих показателей годовой экономический эффект достигает 357 мил. сум в год.