продолжение
Однако, задача длительной и эффективной эксплуатации таких реакторов не может быть решена без применения современной системы микропроцессорного управления и контроля работы реактора, а также решение вопросов комплексной переработки сельскохозяйственных отходов.
При реализации термофильного режима необходимо обеспечение точного соблюдения технологического процесса поддержания температурных и биохимических условий существования анаэробных бактерий, что практически невозможно сделать без интеллектуальных систем управления.
Применение системы микропроцессорного управления и контроля позволяет реализовать интеллектуальные, полностью автоматические системы, которые не требуют для обслуживания высококвалифицированных специалистов и обеспечивают высокую эффективность микробиологического преобразования отходов.
Для создания систем микропроцессорного интеллектуального управления биореактором предлагается реализация пилотного проекта переработки сельскохозяйственных отходов в объеме до 15 м3 по сырью, что соответствует одной секции птицефермы на 50 тысяч голов. Повышение экономической эффективности системы достигается комплексной переработкой навоза/помета в гранулированные удобрения, кормовые добавки, электрическую, тепловую энергию, углекислоту и питательную суспензию микроводоросли. Успешное решение указанной задачи позволит создавать модульно-сетевые перерабатывающие комплексы рассчитанные на утилизацию отходов от птицефабрик на 1 млн.голов, свинокомплексов более 100 тыс.голов.
Предлагаемый биокомплекс состоит из следующих модулей:
· Модуль биореактора анаэробной переработки помета (МБР). Реактор нового поколения, с закрепленной микрофлорой и микропроцессорной интеллектуальной системой управления, позволяющий добиться высоких показателей получения биогаза, в заданном объеме, и глубины разложения органического вещества 30…35%.
· модуль биогаза (МБГ);
· модуль фотореактора (МФР) для выращивания микроводоросли;
· модуль удобрений и кормовых добавок (МУКД);
· модуль энергии и тепла (МЭТ);
· модуль углекислоты (МУ);
· модуль автоматического управления (МАУ).
Технологический процесс, реализованный в биокомплексе, заключается в следующем.
В МБР непрерывно загружается помет в объеме 10% его емкости в сутки.
В МБР без доступа кислорода, при температуре 54-55 гр.С, происходит сбраживание помета, в результате чего образуется биогаз и метановая бражка. Из МБР Метановая бражка из МБР непрерывно выгружается в МУКД, а биогаз отводится в МЭТ.
Углекислый газ, выделяемый в МУ, частично проходит через МФР, где получается суспензия хлореллы, а остаток его закачивается в баллоны и поступает на склад готовой продукции.
В МУКД, метановая бражка подаётся в центрифугу, где происходит её разделение на жидкую фракцию первой фазы (влажностью 99%) и твёрдую фракцию (влажностью < 60%). Жидкая фракция первой фазы частично поступает в фотореактор для выращивания микроводоросли, оставшаяся часть жидкой фракции первой фазы поступает в роторно-пленочный испаритель (РПИ) для дальнейшего отделения воды. На выходе РПИ получаем водяной пар и жидкую фракцию второй фазы. Жидкая фракция второй фазы поступает на сушилку, после которой получаем кормовые добавки.
Твёрдая фракция загружается в скрубер-смеситель. В смеситель — гранулятор вместе с твердой фракцией подается пылевидное удобрение (влажностью < 20%) после осаждения в циклоне, происходит смешивание твердого и пылевидного удобрений и формирование гранул заданных размеров, которые подаются в сушилку.
В сушилке гранулы высушиваются горячим воздухом до заданной влажности (< 10%) и направляются в дозатор-затариватель. Смесь пылевидных удобрений и воздуха, получаемых в процессе сушки, направляется для осаждения удобрений в циклон.
Дозатор-затариватель высушенные гранулы удобрения дозирует по заданному весу и затаривает в упаковку. Готовый к реализации продукт поступает на склад готовой продукции.
Получаемый биогаз имеет следующий состав и параметры:
|
Показатель |
СН4 |
Компонеты CO2 |
Н2 |
H2S |
Биогаз Смесь 60% СН4 + 40% COz |
|
Объемная доля, % |
55-70 |
27-44 |
1 |
3 |
100 |
|
Объемная теплота сгорания, МДж/м3 |
35.8 |
10.8 |
22.8 |
— |
21.5 |
|
Температура воспламенения, °С |
650-750 |
— |
585 |
— |
650-750 |
|
Плотность нормальная, г/л |
0.72 |
1.98 |
0.09 |
1.54 |
1.2 |
|
Плотность критическая, г/л |
102 |
408 |
31 |
349 |
320 |
В модуле углекислоты происходит накопление биогаза, его очистка от сероводорода, разделение метана и углекислого газа . Метан поступает в модуль энергии и тепла. Углегислый газ сжимается до жидкого состояния.
Модуль энергии и тепла включает в свой состав когенерационную установку. Часть вырабатываемого тепла до 30% используется в МБР для поддержания температуры внутри реактора в диапазоне 54-56 гр.С. Отработанные газы установки поступают в модуль углекислоты. В МУ производится выделение углекислого газа из дымовых газов МЭТ и сжижение его. Полученная углекислота закачивается в баллоны для реализации.
Все параметры технологического процесса контролируются соответствующими датчиками и приборами и управляются модулем автоматического управления (МАУ).
В процессе получения органических удобрений и кормовых добавок ведется постоянный биохимический и санитарно-ветеринарный контроль над его качеством.
Органические удобрения, получаемые в результате анаэробного сбраживания, обладают высокой эффективностью и обеспечивают дополнительный прирост урожайности в среднем на 20%(по сравнению с использованием несброженного навоза).
При переработке органических отходов получаются экологически чистые жидкие органические удобрения, которые используются для получения экологически чистой продукции. В полученных органических удобрениях все вещества переходят в форму, легко усваиваемую растениями, что делает их эффективными сразу после внесения в почву. Также это создает возможность ухода от применения минеральных удобрений. Как показали испытания аналогичных удобрений в России и Прибалтике, внесение их в разведенном виде в соотношении 1:10, из расчета три тонны концентрированных удобрений на 1 га, или 30 тонн в разбавленном виде, повышают урожайность всех культур на 20-50%, а некоторых культур (земляника и клубника) в два раза. Научное объяснение данному эффекту было дано на Международном симпозиуме, проходившем в Санкт-Петербурге в 2002 году, где было сказано, что в , биореакторе при термофильном режиме сбраживания синтезируются вещества класса ауксинов, которые способствуют ускоренному росту и развитию растений. Дальнейшее изучение данного механизма может открыть возможность получения сверхэффективных органических удобрений. При внесении жидких органических удобрений в почву, они способствуют сохранению влажности даже в сухую погоду и благодаря содержанию гумусных материалов улучшают физические свойства почвы. Как показали испытания, внесенные удобрения способствуют усвоению минеральных веществ, находящихся в почве в связанном состоянии. Помимо всего прочего получаемые жидкие удобрения содержат полный набор микроэлементов, необходимых для роста растений, и могут использоваться для выращивания сельхозпродукции гидропонным методом, при этом получаемая продукция имеет хорошие вкусовые качества и экологически чистая.
В отличие от традиционных способов приготовления органических удобрений методом компостирования, при котором теряется до 40% азота, при анаэробной переработки происходит минерализация азота и фосфора. Кроме того, в сброженном навозе по сравнению с несброженным в четыре раза увеличивается содержание аммонийного азота, а количество усвояемого фосфора удваивается.
Производство сухого гранулированного удобрения практически исключает потери питательных веществ при длительном хранении, позволяет вносить эти удобрения в наиболее благоприятные календарные сроки с применением стандартных механизмов,
(например, обычные сеялки). Жидкая фракция первой фазы может использоваться для полива полей или как питательная среда в гидропонных теплицах.
Ценность удобрения зависит от его химического состава. Химико-физические свойства удобрения полностью соответствуют агрохимическим и экологическим требованиям к удобрениям, вносимым в почву.
Зоотехническая и ветеринарно-санитарная оценка удобрений.
|
наименование показателей |
значение показателей удобрения |
|
|
сброженного |
гранулированного |
|
|
Влажность,% |
92…..99 |
20 |
|
Абсолютно сухое вещество (АСВ),% |
4.5….2.6 |
80 |
|
Сухое органическое вещество (СОВ), % |
62.6….73.9 |
65.4 |
Водородный показатель, рН |
7.2….7.9 |
7.41 |
|
Плотность, кг/м.куб. |
1003….1012 |
—- |
|
Содержание взвешенных веществ,мг/л |
21930……43000 |
—- |
|
Температура, С* |
37-53 |
— |
|
Летучие жирные кислоты, мг/л |
714….1680 |
760 |
|
Азот,% к АСВ |
|
|
|
-общий |
7.29 |
7.26 |
|
-аммиачный |
4.80 |
— |
|
Нитраты, мг/кг |
41.03 |
— |
|
Фосфор,% к АСВ |
3.64 |
3.28 |
|
Калий,% к АСВ |
3.68 |
2.96 |
|
Углерод,% |
1.066 |
1.01 |
|
Наличие жизнеспособных яиц гельминтов, шт./л |
14 |
0 |
|
Наличие семян сорных растений % |
30 |
18 |
|
Всхожесть семян сорных растений,% |
0 |
0 |
|
Степень разложения СОВ,% |
37.06 |
0 |
|
Степень обеззараживания (по ОМЧ),% |
64 |
0 |
|
Дегельминтизация,% |
63.0 |
100.0 |
|
Девитализация,% |
100.0 |
100.0 |
|
Уровнь нитратов,% |
27.0 |
0 |
Далее в таблице приведены данные влияния различных видов удобрений на урожайность помидоров, стручкового перца, салата-латука и цветной капусты.
*Таблица. Влияние удобрений на урожайность некоторых культур.
Обработка |
Средняя годовая урожайность, тонн / га |
|||
|
помидоры |
Перец стручк. |
Салат-латук |
цветн. капуста |
|
|
Контроль (без удобрений) |
2 |
4 |
26 |
23 |
|
Минеральные удобрения (80..90 NPK на га) |
13 |
6 |
56 |
36 |
|
Сухие органические удобрения (5 т СВ на га) |
22 |
12 |
130 |
48 |
*Данные результаты получены на ферме-лаборатории ВНИИМОЖ
Использование микроводоросли (хлореллы)
Суспензия хлореллы, не является заменителем кормов, но, имея полный набор аминокислот, витаминов, микроэлементов и биостимуляторов, способствует наиболее полному усвоению кормов, получению дополнительных привесов и сохранности поголовья молодняка.
Для этой цели плотность массы хлореллы в одном литре составляет 6-10 г, при этом численность клеток достигает 50-60 млн. в 1 мл.
Хлорелла имеет следующий биохимический состав (в % сухой биомассы):
Белок 55%; Липиды 12%; Углеводы 25%; Зола 8%
Содержание аминокислот в хлорелле (г/кг воздушно-сухого вещества),следующее:
Глутаминовая кислота 31,84; Аспарагиновая кислота 25,66; Лейцин 21,68; Аланин 20,13; Валин 17,58;
Глицин 17,02; Треонин 13,66; Фенилаланин 12,06; Серин 11,60; Изолейцин 11,30; Пролин 9,78;
Лизин 8,78;Тирозин 8,25;Аргинин 8,17; Цистин 7,53; Триптофан 5,11; Метионин 4,82; Гистидин 1,51.
В суспензии хлореллы имеются все известные на сегодняшний день витамины. Как известно, витамины В12 и D растениями не синтезируются, однако в хлорелле они присутствуют в значительном количестве. В 100 г сухой хлореллы содержится 7-9 мкг витамина В12 и 100 мг витамина D. В биомассе хлореллы витамина С столько же, сколько в лимоне, а витамин К имеет важное физиологическое значение для организма животных.
Содержание в хлорелле некоторых витаминов следующее (мкг/г сухого вещества):
Каротин 1341;Токоферол (Е) 180;Никотиновая кислота 140; Рибофлавин (В2) 7,0; Пиридоксин (В6) 5,3;Тиамин 4,2 .
Суспензия хлореллы используется как дополнительная подкормка для получения привесов, сохранности молодняка, повышения продуктивности животных и птицы, а также для улучшения репродуктивности сельскохозяйственных животных.
Применение суспензии хлореллы дает следующие результаты:
— увеличивается прирост живой массы: телята 25-40%; поросята 30-40%;цыплята бройлеров 18-20%;
— сохранность молодняка достигает: телята 99%;поросята 99%;цыплята бройлеров 98%;
повышается яйценоскость на 10- 15% и масса яйца на 10%;
улучшается выводимость цыплят на 25%;
повышаются репродуктивные свойства животных;
молочная продуктивность увеличивается на 15 – 20%;
Хорошие результаты получены при применении суспензии хлореллы на выкормке тутового шелкопряда и в пушном звероводстве (повышается сохранность молодняка и темпы роста, улучшаются качественные показатели меха).