Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Разработка ферментера для переработки жидких отходов животноводства в удобрение и алгоритм его инженерного расчета

Диссертация: Разработка ферментера для переработки жидких отходов животноводства в удобрение и алгоритм его инженерного расчета
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Проведенные на реальной навозной среде испытания изготовленного ферментера подтвердили эффективность и устойчивость его работы, а также энергетическую эффективность: при удельных энергозатратах 0,3 кВтч/кг 02 на весь процесс ферментационной переработки затрачивается 30 кВт на 1 тонну навозных отходов. Предложена экологически рациональная технолого-аппаратурная схема переработки навозных стоков… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Обзор литературы
    • 1. 1. Технологии переработки отходов животноводства в органическое удобрение
      • 1. 1. 1. Характеристика отходов животноводческих предприятий
      • 1. 1. 2. Механические и физико-химические методы обработки отходов животных
      • 1. 1. 3. Биологическая переработка отходов животных
    • 1. 2. Аппаратурное оформление процессов аэробной переработки отходов животноводства в удобрение
      • 1. 2. 1. Емкости
      • 1. 2. 2. Установки с транспортерными лентами
      • 1. 2. 3. Барабаны
  • Глава 2. Экспериментальное исследование аэробного процесса переработки навозных стоков
    • 2. 1. Получение лабораторных образцов проферментированного навоза и исследование эффективности их использования при выращивании растений
    • 2. 2. Исследование кинетики процесса с использованием штамма
  • Endomycopsis fibuligera
  • Глава 3. Разработка и испытание лабораторной модели ферментера для переработки жидких навозных стоков объемом 100л
    • 3. 1. Основные задачи и методы экспериментального исследования модели лабораторного ферментера объемом 100 л
    • 3. 2. Результаты экспериментального исследования модели аппарата
  • Глава 4. Разработка алгоритма и метода инженерного расчета ферментера для переработки жидких отходов животноводства
    • 4. 1. Общая схема и алгоритм инженерного расчета ферментера
    • 4. 2. Расчетные зависимости и результаты расчета ферментера 1 Ом
  • Глава 5. Разработка технической документации опытнопромышленного ферментера, объемом 10 м
    • 5. 1. Описание работы ферментера
    • 5. 2. Основная поузловая конструкторская документация на ферментер Юм
  • Глава 6. Разработка технологической схемы аэробной переработки жидких навозных стоков
    • 6. 1. Расчет основных параметров и разработка технолого-аппаратурной схемы установки производительностью 3 т/сутки
    • 6. 2. Оценка технико-экономической эффективности установки с ферментером Юм

Разработка ферментера для переработки жидких отходов животноводства в удобрение и алгоритм его инженерного расчета (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В нашей стране ежегодное накопление органических отходов в животноводстве и птицеводстве составляет около 200 млн. т. Причем основная масса представлена навозом животных и пометом птиц. Согласно имеющимся данным, объем питательных веществ, содержащихся во всех животноводческих стоках, эквивалентен 2,2 млн. т азота, 1 млн. т фосфора и 2 млн. т калия. Для сравнения можно указать, что это в 4 раза превышает количество загрязнении от сточных вод пищевой промышленности и хозяйственно-бытовых стоков объемом 14,8 млн. м3 в год. Таким образом, известный вывод, что животноводческие комплексы являются даже более опасными для окружающей среды, чем крупные промышленные предприятия очевиден.

В связи с разнообразием территориальных, климатических, почвенных и других специфических условий и особенностей строительства животноводческих комплексов в России проблема утилизации отходов в настоящее время до конца не решена. Сложность реализации инженерно-технических задач удаления, транспортирования и обработки животноводческих отходов выдвинули проблему создания эффективных способов полезной утилизации навоза и помета и задачу их аппаратурного оформления, способных обеспечить охрану окружающей среды. Известные методы, используемые для обработки навоза и помета и их очистки, разделяются на: механические, физико-химические, биологические и комбинированные. Наиболее эффективными считаются методы, связанные с биологической переработкой навоза и помета. В этой связи, разработка новых технических решений для реализации биотехнологических процессов является актуальной и важной научно-технической задачей.

Целью данной работы является разработка нового аппарата для аэробной ферментационной переработки отходов животноводства с последующим получением органоминерального удобрения.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— провести анализ и систематизацию известных методов и аппаратов, используемых при биотехнологической переработки отходов животноводства;

— провести экспериментальное исследование процесса аэробной ферментации навозных стоков и определить кинетические параметры процесса;

— разработать лабораторную модель аэробного ферментера объемом 100л для ферментационной переработки жидкофазных (гидросмыв) отходов;

— исследовать массообменные, гидравлические и энергетические характеристики лабораторной модели ферментера предложенной конструкции;

— разработать метод и алгоритм инженерного расчета технологических и конструктивных параметров нового ферментера для переработки жидких навозных отходов и провести расчет опытно-промышленного аппарата объемом Юм3- провести разработку конструкторской документации для изготовления опытно-промышленного ферментера объемом 10 м³ и ее согласование с изготовителем;

— создать опытно-промышленный образец аэробного ферментера для ферментационной переработки жидкофазных (гидросмыв) отходов животноводческих и птицеводческих комплексов и провести его модельные испытанияразработать технолого-аппаратурную схему производства биоорганических удобрений с использованием аэробного ферментера для переработки жидких навозных отходов и оценить экономическую эффективность производства.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Проведенный анализ научной и патентной литературы позволил систематизировать варианты аппаратурного оформления процесса переработки навозных отходов и обосновать актуальность разработки нового аэробного ферментера с низкими энергозатратами.

2. Разработан технологический процесс аэробной ферментации жидких навозных стоков с применением эффективного штамма Endomycopsis fibuligera ВСБ-12 и в вегетативных опытах показана эффективность применения проферментированного навоза.

3.Исследована кинетика процесса ферментации и установлены значения коэффициентов математической модели (jim =0,18ч" 1, Кр=0,08г/л), а также расчетное время ведения процесса составившее 75 часов.

4. Предложен новый ферментер для аэробной ферментации навозных отходов, содержащих до 15% сухих веществ и на лабораторной модели объемом 100 л изучены его массообменные и гидродинамические характеристики, подтвердившие теоретически обоснованный принцип эффективного взаимодействия фаз в данной конструкции аппарата.

5. Разработан алгоритм и метод инженерного расчета ферментера, позволяющий осуществлять масштабный переход и применительно к аппарату с рабочим объемом 10 м³ проведен расчет технологических и конструктивных параметров.

6. Разработан комплект технической документации на ферментер с рабочим объемом 10 м³ на основе которого изготовлен опытно-промышленный аппарат смонтированный на агрокомплексе по производству компостов.

7. Проведенные на реальной навозной среде испытания изготовленного ферментера подтвердили эффективность и устойчивость его работы, а также энергетическую эффективность: при удельных энергозатратах 0,3 кВтч/кг 02 на весь процесс ферментационной переработки затрачивается 30 кВт на 1 тонну навозных отходов.

8. Предложена экологически рациональная технолого-аппаратурная схема переработки навозных стоков в новом разработанном ферментере с последующим получением биоорганического удобрения (биокомпоста 50% влажности) и определена ее экономическая эффективность, срок окупаемости установки 1,3 года.

9. Выполненные в ходе исследований разработки защищены 4 патентами РФ.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.А., Полунин С. Ф. Химический состав навоза, получаемого на крупных животноводческих комплексах промышленного типа.// Бюл. ВИУА, 1976, № 32, с.37−45.
  2. М.А. Крупные животноводческие комплексы и окружающая среда. М.: медицина, 1980. — 255с.
  3. И.А. Автохтонная микрофлора птицы. (Обзор).// Птицеводство, 1992, № 6, с. 20.
  4. В.А., Боровков Я. Ф. Санитарно-гигиенические характеристики животноводческих отходов.// Вопросы ветеринарной науки и практики, 1977, вып.39, с.118−120.
  5. М.А., Махонько Н. И. Гигиеническое обоснование нормативов санитарно-защитных зон для крупных птицеводческих комплексов на промышленной основе. В кн.: Гигиенические вопросы современных животноводческих комплексов. — Саратов, 1976, с.9−12.
  6. И.Г., Поляков А. А. Эпизоотические и гигиенические аспекты уборки навоза и обеззараживания сточных вод на крупных промышленных фермах. М.: ВНИИТЭИСХ, 1972, с. З -71.
  7. И.Д. Ветеринарно-санитарные и гигиенические требования к сооружениям по обработке, обеззараживанию и использованию стоков животноводческих ферм и комплексов.// Санитария и гигиена животных. М.: Колос, 1981, с.36−41.
  8. А. Гельминтологическая характеристика животноводческих сточных вод и санитарные правила их использования.-В кн.: Использование животноводческих стоков для орошения.-Вильнюс, 1977, с.119−121.
  9. Е.Н., Стадлев В. Ф., Кауфман Г. М. Переработка отходов различных отраслей народного хозяйства микробиологическими методами. Обзор. М., ОНТЭИмикробиопром, 1982. — 55 с.
  10. Ю.Брухман Э. Э. Прикладная биохимия. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. — 293с.
  11. Брук-Левинсон Т.Л., Прибыльская В. М., Зазорин В. М. Основные направления очистки и утилизации сточных вод крупных животноводческих комплексов. Водоотведение и оценка качества поверхностных вод. Минск: Наука и техника, 1983, с.119−127.
  12. А.К. Эффективность почвенной очистки стоков животноводства. В кн.: Микробиология и производство. -Вильнюс, 1981, с.229−232.
  13. В.А., Швецов М. М. Применение безподстилочного навоза на удобрение. М.: Колос, 1983 — 174с.
  14. И.А. Способы переработки и утилизации жидкого навоза.// Техника в сельском хозяйстве, 1980, № 11, с.23−24., 16.
  15. Всесоюзное координационное совещание по биологической переработке навоза. Новосибирск, 1978. 25с.
  16. Лер Р. Переработка и использование сельскохозяйственных отходов. М.: Колос, 1979. — 415с.
  17. В.Н. Предотвращение загрязнения окружающей среды отходами животноводства.// Птицеводство, 1993, № 2, с. 12.
  18. К.Н. Решение проблемы.// Птицеводство, 1996, № 4, с. 31.
  19. Международная заявка № 92/259, РСТ, Способ и устройство для получения органического удобрения, 1992.
  20. Патент № 1 713 902, СССР, Способ сушки птичьей пометной пастообразной массы, 1992.
  21. А. А. Установка для сушки помета.// Птицеводство, 1992, № 12, с. 28.
  22. Патент № 472 923, СССР, Способ приготовления удобрений из органических отходов, 1975.
  23. В.К. Технология промышленной переработки помета.// Птицеводство, 1991, № 2, с. 24.
  24. Патент № 1 749 217, СССР, Способ получения удобрения из птичьего помета, 1992.
  25. П.К. Система уборки помета с аэрациией.// Птицеводство, 1995, № 2, с. 36.
  26. АН L., Hegazi A., El-Sagheer-Ahmed М. Bacteriological evaluation of dried poultry waste in poultry rations // Биотехнол. и биотехн.Б. 1992. т.6. № 4. c.12−13.27.3аявка № 27 860, Польша, Комплексное удобрение, 1992.
  27. Н.М. Комбинированные органические удобрения из отходов птицеводства. Химия в сельском хозяйстве, 1996, № 6, с.ЗЗ.
  28. Патент № 1 573 018, СССР, Способ получения суспендированного жидкого комплексного удобрения, 1990
  29. Патент № 1 542 944, СССР, Органоминеральное удобрение, 1990.
  30. Патент № 1 604 813, СССР, Способ получения органоминерального удобрения, 1991.
  31. П.К. Переработка помета.// Птицеводство, 1996, № 3, с. 23.
  32. Патент № 478 829, СССР, Способ приготовления органического удобрения и корма из птичьего помета, 1975.
  33. Патент № 300 953, Германия, Способ и аппаратура для переработки экскрементов животных, навозной жижи и птичьего помета, 1994.
  34. Патент № 298 123, Германия, Применение навозной жижи, 1994.
  35. Патент № 1 698 241, СССР, Способ утилизации жидкого навоза, 1992.
  36. Патент № 2 004 529, Россия, Способ получения органоминерального удобрения и установка для его получения, 1991.
  37. Патент № 4 997 469, США, Плотный малопахнущий азотистый гранулированный продукт на естественной основе, 1991.
  38. .Г. Агроэкологическая эффективность традиционных и новых видов органических удобрений.//Химия в сельском хозяйстве, 1996, № 6, с. 2.
  39. А.И. Новые виды органических удобрений в Якутии.-Химия в сельском хозяйстве, 1996, № 6, с. 12.
  40. Barnett A. Et.al. Biogas Techology in the Third World.// A Multidiscriplinare Review. -Ottawa. International Development Research Center. 1978, p. 132
  41. Заявка № 2−48 519. Япония. Способ получения удобрения быстрым сбраживанием отходов жизнедеятельности животных. 1989.
  42. А.с.№ 1 751 171. СССР. Способ получения органических удобрений. 1991.
  43. А.С. № 1 542 948. Способ переработки помета птиц на удобрение и биогаз. 1998.
  44. Заявка № 2−17 516. Непрерывный способ и устройство для быстрого получения удобрения. 1989.
  45. А. А. Интенсификация биотехнологии получения кормового витамина В12.//Автореферат дис. На соискание звания к.т.н.-Москва.1997.
  46. Патент РФ № 2 092 547. Винаров А. Ю., Ипатова Т.В.и др. Способ активации микробиологических процессов, роста растений и клеток растений. 1995.
  47. А.С. № 1 733 432. СССР. Способ переработки органических отходов на удобрение и биогаз. 1990.
  48. А.С. № 472 923. СССР. Способ приготовления удобрения из органических отходов. 1975.
  49. А.С. № 472 923. СССР. Способ приготовления удобрения из органических отходов. 1975.
  50. Заявка № 273 190. Польша. Способ приготовления навозной жижи для использования в сельском хозяйстве. 1989.
  51. А.С. № 833 935. Способ получения органического удобрения. 1978.
  52. Chartier P., Meriaux S. Biogas Technology .//Recherche. 1980. V. l 1. № 113, p. 766−776.
  53. A.C. № 998 452. СССР. Способ получения удобрений из жидких субстратов, полученных путем метанового брожения органического ила или испражнений скота.
  54. А.С. № 998 452. СССР. Способ получения удобрений из жидких субстратов, полученных путем метанового брожения органического ила или испражнений скота.
  55. Патент № 1 557 143. РФ. Способ обработки куриного помета. 1990.
  56. Международная заявка № 90/12 771. РСТ. Способ получения твердого удобрения из навозной жижи. 1990.
  57. Заявка № 4 008 104. Германия. Способ безотходной переработки сельскохозяйственных отходов. 1991.
  58. Патент № 676 235, Швейцария, Способ переработки органических отходов, 1998.
  59. Патент № 1 625 859, СССР, Способ получения органического удобрения, 1991.
  60. Заявка № 435 846, ЕПВ, Способ получения высококачественного удобрения из навоза, 1992.
  61. Патент № 9 103 441, РСТ, Способ и установка для компостирования органических отходов, 1990.
  62. Патент № 9 107 365, РСТ, Способ и установка для получения пастеризованного материала, 1990.
  63. Патент № 445 102, ЕПВ, Способ аэробной обработки экстрементов животных, исключающий появление запаха, 1991.65 .Патент № 445 102, ЕПВ, Способ аэробной обработки экстрементов животных, исключающий появление запаха, 1991.
  64. Патент № 486 466, ЕПВ, Способ контролируемого и управляемого аэробного разрушения органических отходов, 1992.
  65. Патент № 541 184, ЕПВ, Способ и устройство для компостирования органического материала, 1993.
  66. Патент № 542 634, ЕПВ, Система удаления отходов животного происхождения и их превращения в органическое удобрение, 1993.69.3аявка № 9 519 329А1, РСТ, Способ конверсии отходов путем аэробного жидкофазного разложения термофильными микроорганизмами, 1995.
  67. Заявка № 19 651 657А1, Германия, Способ и установка для компостирования размельченных биоотходов, 1998.
  68. Патент № 2 141 464, Россия, Способ приготовления компоста, 1999.
  69. Патент № 2 100 329, Россия, Способ получения органического удобрения, 1997.
  70. Заявка № 1 813 085, СССР, Способ переработки навоза на удобрение, 1993.
  71. Патент № 675 417, Швейцария, Проточное устройство для компостирования, 1990.
  72. Заявка № 665 200А1, ЕПВ, Способ и установка для локального компостирования и высушивания органических отходов, 1996.
  73. Заявка № 9 633 962А1, РСТ, Контейнер для компостирования с двойными стенками, 1996.
  74. Патент № 496 271, ЕПВ, Способ и устройство для компостирования органических отходов или осветленного шлама, 1992.
  75. Патент № 9 429 241, РСТ, Контейнер для компостирования органических отходов, 1994.
  76. Патент № 501 028, ЕПВ, Способ и устройство для обработки органических отходов, 1992.
  77. Патент № 9 429 241, РСТ, Контейнер для компостирования органических отходов, 1994.
  78. Патент № 501 028, ЕПВ, Способ и устройство для обработки органических отходов, 1992.
  79. Патент № 9 727 158, РСТ, Аппарат, 1997.
  80. Патент № 9 916 760, РСТ, Аппарат, 1999.
  81. Патент № 5 116 761, США, Устройство для приготовления компоста из навоза путем сбраживания, 1992.
  82. Заявка № 9 520 555А1, РСТ, Способ и установка для компостирования органических материалов, 1995.
  83. Заявка № 9 815 507А1, ВОИС, Установка для биологической обработки отходов, 1998.
  84. Заявка № 2 299 075А1, Великобритания, Устройство для ферментации, 1997.
  85. Патент № 4−8400, Япония, Устройство для сбраживания отходов, 1992.
  86. Патент № 9 847 835, РСТ, Аппарат, 1998.
  87. Патент № 9 101 955, РСТ, Способ и установка для быстрого термического разложения органических отходов, 1991.
  88. Патент № 9 117 131, РСТ, Устройство для вращения валков компоста, 1991.
  89. Патент № 4 236 138, Германия, Устройство для компостирования отходов с использованием термофильных микроорганизмов, 1993.
  90. Патент № 6 680 364, Швейцария, Вращающийся барабан для получения компоста, 1992.
  91. Заявка № 9 851 644А1, ВОИС, Аппарат для сбраживания экскрементов животных в аэробных условиях и способ сбраживания в таком аппарате, 1998.
  92. Патент № 470 311, ЕПВ, Устройство для ферментации органических материалов, 1992.
  93. Заявка № 9 531 419А1, РСТ, Устройство барабанного типа для двух-стадийного компостирования, 1995.
  94. Патент № 2 089 607, Россия, Соколов Д. П., Винаров А. Ю., Смирнов В. Н., и др. Биоконверсионная установка, 1997.
  95. А.Ю., Кухаренко А. А., Ипатова Т. В., Бурмистров Б. В. Биотехнология переработки отходов животноводства и птицеводства в органическое удобрение. М.:-1998, 114 с.
  96. Патент № 2 092 549, Россия. Штамм дрожжей Endomycopsis fibuligera продуцент белковой биомассы. 1997.
  97. В.В., Винаров А. Ю., Гордеев J1.C. Моделирование биохимических реакторов.-М.: Лесная пром-сть, 1979.-343.
  98. А. А., Винаров А. Ю. Безотходная биотехнология этилового спирта.-М.: Энергоатомиздат, 2001.-270с.
  99. А.Ю., Семенцов А., Смирнов В. Н., Соколов Д. П., Ерина Т. Э. Аппаратурное оформление процессов переработки навоза и помета в удобрение. М.: изд.Сельхозакадемия., 2001.-64 с.
  100. Sharma М.М., Dankwerts P.V. Chemical methods of measuring interfacial area and mass transfer coefficients in two-fluids systems. Brit. Chem. Eng., 1970, vol. 15, № 4, p. 522−528.
  101. Weiland P., Brentrup L., Onken U. Measurements of bubble size distributions in fermentation media using photoelectric probe. -Germ. Chem. Eng., 1980, vol. 3, № 5, p. 296−302.
  102. Weiland P., Brentrup L., Onken U. Measurements of bubble size distributions in fermentation media using photoelectric probe. -Germ. Chem. Eng., 1980, vol. 3, № 5, p. 296−302.
  103. Calderbank P.H. Physical rate processes in industrial fermentation Trans. Inst. Chem. Eng., 1959, vol. 37,№ 3, p. 173 185.
  104. Robinson C.W., Wilke C. R Simultaneous measurement of interfacial area and mass transfer coefficients for a well-mixed gas dispersion in aqueous electrolyte solutions. A.I.Ch.E.J., 1974, vol. 20, p. 285−293.
  105. Armenante, P.M., Chang, G.-M. Power consumption in agitated vessels provided with multiple-disk turbines. / Ind. Eng. Chem. Res. 1998, 37, 284−291.
  106. , P.M. / Bioprocess Engineering Principles. Academic Press Limited: London, 1995.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?