Подготовка и использование жидкого навоза

Таблица 22
                                 Продолжение
|1                                                            |2         |
|Напор, кПа                                                   |147,1     |
|Частота вращения рабочего органа, об/мин                     |965       |
|Мощность электродвигателя, кВт                               |10        |
|Габаритные размеры, мм                                       |          |
|длина                                                        |4765      |
|ширина                                                       |780       |
|высота                                                       |620       |
|Масса, кг                                                    |577       |
|Обслуживающий персонал, человек                              |1         |

Окончание 2 главы
      Подготовка и использование жидкого навоза.
      Жидкий навоз можно использовать несколькими способами:  1)  вносить  в
почву мобильными цистернами, оборудованными  специальными  разбрасывателями;
2) подавать на поле насосами по  трубам  и  вносить  с  поливной  водой;  3)
разделив навоз на твердую и жидкую фракции, раздельно вносить их и т.п.
      Жидкий навоз при хранении легко расслаивается и, если некоторое  время
его не перемешивать, на  поверхность  всплывут  солома  и  мякина,  а  такие
тяжелые частицы, как силос и почва, осядут на  дно.  В  хранилищах  обычного
размера толщина всплывающего слоя за месяц увеличивается примерно на  10  см
и к концу стойлового периода достигает 70 см. поэтому перед  забором  навоза
из хранилища его нужно тщательно перемешивать.
      Известны   три   способа   перемешивания   бесподстилочного    навоза:
механический  (крестообразными,   решетчатыми   и   лопастными   мешалками),
гидравлический (гидромониторами) и пневматический (компрессорами).
      Так как мешалки  хорошо  перемешивают  навоз  в  небольших  хранилищах
(емкостью до 250 м3), принимаем в нашем  случае  для  перемешивания  жидкого
навоза в навозоприемнике решетчатую мешалку.
      Навоз - ценное органическое удобрение, состоящее из твердых  и  жидких
выделений животных, поэтому после обеззараживания (сбраживания)  вносим  его
в почву мобильными цистернами.
               3.         Конструкторская разработка проекта.
   Биоэнергетическая установка для метанового сбраживания жидкого навоза.
    3.1.1.         Обоснование  необходимости  совершенствования   процесса
            утилизации навоза.
                   Сельскохозяйственные    животные     часто     поражаются
             заболеваниями,   вызываемыми   паразитическими    червями    -
             гельминтами.  Из-за  пораженности  животных  гельминтами  наша
             страна  ежегодно   недополучает   не   менее   10%   продукции
             животноводства и, в первую очередь,  молока  и  мяса.  Снизить
             степень пораженности животных  гельминтами  и  болезнетворными
             бактериями  можно  лишь  при   внедрении   в   практику   мер,
             профилактирующих возможность заражения.
                   Обычно  гельминтами  животные  заражаются,  заглатывая  с
             кормом или водой их яйца-личинки, которые попадают во  внешнюю
             среду с калом животных. Вот почему  уничтожение  их  в  навозе
             перед использованием его в  качестве  удобрения,  особенно  на
             пастбищах и  полях,  предназначенных  под  кормовые  культуры,
             имеет большое профилактическое значение.
                   Методы дегельминтизации "твердого"  подстилочного  навоза
             разработаны еще в тридцатых  годах  нашего  столетия.  Яйца  и
             личинки гельминтов не переносят температуру  свыше  40(,  и  в
             течение примерно минуты  погибают  при  температуре  60(.  Вот
             почему был  предложен  метод  биометрической  дегельминтизации
             навоза, учитывающий  способность  "твердого"  навоза  домашних
             животных к самонагреванию.
                   В последние годы, в связи с получением  в  хозяйствах  не
             только  "твердого",  но  и  жидкого  навоза,  вопрос   о   его
             дегельминтизации возник вновь и только начинает изучаться.
                   Разбавление навоза водой перед  хранением  или  во  время
             хранения в соотношении 1:10  увеличивает  период  выживаемости
             патогенных бактерий более чем в три раза.
                   Длительные  периоды  выживаемости  микрофлоры  в   жидком
             навозе, зараженном возбудителями заболеваний, указывают на то,
             что даже после длительного хранения сохраняется  потенциальная
             опасность инфекции. Масштаб ее зависит, в первую  очередь,  от
             санитарного   состояния   поголовья,   быстроты   установления
             пораженности   скота   какой-либо    инфекционной    болезнью,
             оперативности    и     действенности     противоэпизоотических
             мероприятий.
                   Применяемые  методы  обеззараживания  навоза  не   должны
             снижать качества навоза как удобрения и отрицательно влиять на
             плодородие и биологические процессы в почве.
               2. Анализ существующих  технологий  обеззараживания  жидкого
                  навоза.
                   Для обеззараживания жидкого навоза используют химический,
             термический, биологический и механический способы обработки.
                   1) Химический способ. Химические  вещества  целесообразно
             применять для изменения рН  среды  жидкой  фракции  навоза,  а
             также в борьбе с запахом.  Например,  при  аэробной  обработке
             навозной  массы,  по  данным   исследований,   проведенных   в
             Швейцарии,  в  нее  достаточно  добавить  сульфат  аммония   в
             концентрации 14 кг/м3 для нейтрализации сероводорода и  ппочти
             всех производных азота. Сульфат аммония  можно  засыпать  и  в
             навозожижесборнники, расположенные в животноводческих зданиях.
                   2) Термический  способ.  Используют  против  возбудителей
             заболеваний и их спор.  Однако,  широкое  распространение  они
             могут получить тогда, когда будут созданы экономичные тепловые
             условия.
                   3)  Биологический  способ.  Наиболее  совершенный  способ
             обработки жидкого навоза. При этом  возможны  два  варианта  -
             анаэробная  и  аэробная  обработки.  При  аэробной   обработке
             выделяется меньше зловонных газов, чем при анаэробной.  Однако
             в первом случае для окисления навоза требуются большие площади
             (1  га  на  200  коров).  Чтобы  избежать  этого,   используют
             различные  механические  системы  для  введения  кислорода   -
             аэробные ямы, лагуны, окислительные каналы, бункера с аэрацией
             под давлением и т.д.
                   При  выборе  технологии  обработки   и   соответствующего
             оборудования важно знать состав  экскрементов  и  их  основные
             характеристики: потребность в кислороде, количество твердых  и
             летучих веществ, запах и др.
               1.  Технология утилизации навоза.
                   Учитывая   приведенные   выше   условия   и    то,    что
             обеззараживание  жидкого  навоза  должно  быть  простым  и  не
             требовать больших материальных затрат, принимаем биологический
             способ сбраживания навоза в анаэробных условиях.
                   Растения,   идущие   на   корм   животным,   используются
             последними лишь на 30-40%, остальная  же  часть  органического
             вещества идет в навоз. Навоз,  навозная  жижа  и  растительные
             отходы, внесенные в почву под воздействием солнца,  воздуха  и
             воды, разлагаются в аэробных условиях и отдают в атмосферу  до
             350 тысяч ккал тепла на 1 т свежего навоза.
                   Одним из эффективных способов сокращений указанных потерь
             является метановое сбраживание навоза и растительных отходов в
             биологических гумусно-газовых установках.
                   Важным   свойством   метанового   сбраживания    является
             обеззараживание  навоза  от  ряда   болезнетворных   бактерий,
             гельминтов и семян сорных  трав.  Благодаря  этому  сбраженный
             навоз можно вносить под все культуры. Установлено  также,  что
             мухи в сбраженном навозе не  размножаются,  отложенные  в  нем
             личинки погибают.
                   По   данным   бывшего   запорожского    филиала    ВИЭСХ,
             десятидневное  метановое  сбраживание  навоза   в   бродидьных
             камерах    биогазовой    установки     обеспечивает     полное
             обеззараживание навоза от яиц  и  личинок  ряда  гельминтов  -
             аскарид, трихоцефалят, дикройцелей и стронголят. Все эти факты
             свидетельствуют  о  том,  что  метановое  сбраживание   навоза
             является важной санитарной  мерой  против  значительной  части
             заболеваний животных.
                   Анаэробное метановое сбраживание  навоза  и  растительных
             отходов  в  биогазовых  установках  обогащает  их   бактериями
             метанового брожения, повышает удобрительные качества  за  счет
             сохранения  азота  и  перевода  значительной   части   его   в
             легкоусвояемую   растениями    минеральную    форму.    Распад
             органических  веществ  сопровождается   частичным   окислением
             углерода в углекислоту и образованием метана с  незначительным
             выделением тепла. Из каждой тонны навоза выделяется в  среднем
             50 м3 биогаза.
                   Что   же   такое   биогаз?   Этим   термином   обозначают
             газообразный продукт, получаемый в результате  анаэробной,  то
             есть   происходящей   без   доступа    воздуха,    ферментации
             (перегревания)    органических    веществ    самого    разного
             происхождения. В любом крестьянском хозяйстве в  течение  года
             собирается  значительное  количество  навоза.   обычно   после
             разложения его используют как органическое  удобрение.  Однако
             мало кто знает, какое количество биогаза  и  тепла  выделяется
             при ферментации. А  ведь  эта  энергия  тоже  может  сослужить
             хорошую службу сельским жителям.
                   Биогаз - смесь  газов.  Его  основные  компоненты:  метан
             (СН4) - 55-75% и углекислый газ (СО2) - 28-43%, а также в очнь
             малых количествах другие газы, например, сероводород (Н2S).
                   В  среднем  1  кг  органического  вещества,  биологически
             разложимого на 70%, производит 0,18 кг углекислого  газа,  0,2
             кг воды и 0,3 кг неразложимого остатка.
                   Поскольку  разложение  органических   отходов   за   счет
             деятельности определенных типов бактерий, существенное влияние
             на него оказывает окружающая среда.  Исследования  показывают,
             что для нормального процесса метанового сбраживания  навоза  и
             растительных отходов необходимо обеспечить следующие  условия:
             защита бродильных камер  от  проникновения  воздуха  и  света;
             слабощелочная  реакция  среды  (рН  в  пределах  7   -   7,8),
             содержание летучих жирных кислот не более 2 000 мг/л.
                   Оптимальными  температурами  для  размножения   метановых
             бактерий являются 30 - 34( (мезофильное брожение) и 50  -  55(
             (термофильное брожение).
                   При   термофильном   брожении   биохимические    процессы
             протекают более  интенсивно,  однако  при  этом  затрачивается
             больше  тепла.  Вот   почему   более   экономичным   считается
             мезофильное брожение.
               2. Расчет процесса метанового сбраживания проводим  в  такой
                  последовательности:
                   Объем навозоприемника:
                   Vn= aсут(t0(kB'
                             (n
                   где aсут - суточный выход навоза  (влажность  92%)  -  22
             741,6 кг.
                   (n - плотность навоза, кг/м3 ((n= 1020 кг/м3);
                   tn - время накопления навоза, сут;
                   kB - коэффициент, учитывающий изменение плотности навоза,
             в зависимости от исходной влажности (kB = 1,5).
                   Vn=
                   Принимаем объем навозоприемника равным 70 м3.
                   Объем емкости для нагрева:
                   V0=
                   где t0 - время нагрева, сут;
                   k'B  -  коэффициент,  учитывающий  изменение  объема,   в
             зависимости от температуры нагрева.
                   V0=
                   Принимаем объем емкости для нагрева равным 30 м3.
                   Объем менантенка:
                   Vм =
                   где q - суточная доза загрузки менантенка, %.
                   Vм =
                   Принимаем объемы двух менантенков равными V1м = 225 м3  и
             V2м = 225 м3.
                   Продолжительность сбраживания:
                   tсб = 100/q',  сут, ….   Стр. 115 (1(,
                   где   q'   -   выход   биогаза,   приходящийся   на    1т
             переработанного навоза, м3.
                   tсб = 100/20 = 5 сут.
                   Суточный выход биогаза:
                   Gб = Qсутq',    м3,….  Стр 115(1(.
                   Gб = 22 741,6 ( 20 = 440 м3 биогаза.
                   Объем газгольдера:
                   VГ =
                   где tн.б. = время накопления биогаза за сутки, г.
                   VГ =
                   Принимаем объем газгольдера равным 220 м3.
                   Общая тепловая энергия получаемого биогаза:
                   Qобщ = Gб(Сб,    МДж,    стр 115(1(,
                   где Сб = 24 МДж/м3 - теплотворная способность бигаза.
                   Qобщ = 24(440 = 10 560 МДж.
                   Расход теплоты на нагрев исходного навоза с t1 =  8(С  до
             t2 = 35(С (мезофильный режим).
                   Qм.р. =
                   где Сн - теплоемкость навоза (Сн = 4,06 кДж/(кг((С));
                   (= КПД нагревательного устройства ((=0,7).
                   Qм.р. =
                   Расход теплоты на собственные нужды:
                   Qс.н. = Qм.р. + Qк.т. ,  МДж,…… 115(1(,
                   где Qк.т. - расход теплоты на компенсацию теплопотерь.
                   Qс.н. = 3 561,3 + 200 = 3 761,3 МДж.
                   Общее количество биогаза, идущего на собственные нужды:
                   Gб.н. = Qс.н./Сб ,  м3, ………115(1(,
                   Gб.н. =
                   Выход товарного биогаза:
                   Gб.т. =Gб - Gб.н. , м3, ……115(1(.
                   Gб.т. = 440 - 156,7 = 283,3 м3.
                   Коэффициент расхода биогаза на собственные нужды:
                   (б =
                   (б = 156,7(440 = 0,35.
                   Тепловая мощность котла КГ-1500:
                   Wк = 1500Сб/Gб ,  МДж, …….115(1(,
                   где Сб = 24 МДж/м3. - теплотворная способность биогаза.
                   Wк =
                   Продолжительность работы  котла  -  парообразователя  для
             собственных нужд установки:
                   tр =
                   для обеспечения биогазовой установки теплотой  необходимо