Применение мало- и безотходных технологий в сельскохозяйственном производстве

Применение мало- и безотходных технологий в сельскохозяйственном производстве

Тема

Применение мало- и безотходных технологий в сельскохозяйственном производстве

Содержание

Понятие «Безотходные и малоотходные технологии и производства»

Безотходные и малоотходные технологии в агропромышленном комплексе

Биогазовые установки

Устройство биогазовой установки

Энергосберегающая безотходная технология для комплекса: открытый грунт, животноводческая ферма, защищенный грунт

«Скарабей»

Фермерское хозяйство с замкнутым циклом экологически безопасного производства

Производство пектина и пектинопродуктов из вторичных сырьевых ресурсов

Гидроциклонная технология безотходной переработки картофеля

Комплексное сельскохозяйственное производство в искусственной экосистеме

Получение красителей из отходов тыквы

Безотходная технология переработки винограда

Использованная литература, источники

Понятие «Безотходные и малоотходные технологии и производства»

Природные экосистемы в противоположность искусственным (производству) характеризуются, как известно, замкнутым обращением вещества. Причём отходы, связанные с существованием отдельной популяции, являются исходным материалом, обеспечивающим существование другой или чаще нескольких других популяций, входящих в данный биогеоценоз.

Биогеохимические циклы биогенных элементов, участвующих в природных круговоротах, отработаны эволюционно и не приводят к накоплению отходов. Человек же использует вещество планеты крайне неэффективно; при этом образуется огромное количество отходов.

Существующие технологии созданных человеком производств в подавляющем большинстве являются открытыми системами, в которых нерационально используются природные ресурсы и формируются значительные объёмы отходы. Правомерно, исходя из глубокой в биофизическом отношении аналогии между «биологическим» и «индустриальным» производствами с точки зрения механизма круговорота веществ и энергии, вести речь о формировании безотходных и малоотходных технологий в антропогенных производственных системах.

Несомненно, что создание безотходных производств - достаточно сложный и длительный процесс, требующий системы взаимосвязанных технологических, экономических, организационных. Психологических и других задач. Промежуточный его этап - малоотходное производство.

Под малоотходным понимается такой способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно - гигиеническими нормами.

Безотходные и малоотходные технологии в агропромышленном комплексе

Современное многофункциональное агропромышленное производство располагает значительной потенциальной базой для внедрения безотходных и малоотходных технологических процессов, обеспечивающих комплексное использование вторичных сырьевых ресурсов.

Наиболее простым примером рационального подхода к безотходным и малоотходным технологиям в сельском хозяйстве может служить продуманная утилизация навоза, практиковавшаяся на ряде крупных животноводческих комплексов. Получаемый навоз использовали в качестве удобрения при выращивании кормовых культур, которые затем скармливали содержащемуся поголовью.

Биогазовые установки

Биогаз - общее название горючей газовой смеси, получаемой при разложении органических субстанций в результате анаэробного микробиологического процесса (метанового брожения).

Для эффективного производства биогаза из органического сырья создаются комфортные условия для жизнедеятельности нескольких видов бактерий при отсутствии доступа кислорода. Принципиальная схема процесса образования биогаза представлена ниже:

В зависимости от вида органического сырья состав биогаза может менятся, но, в общем случае, в его состав входят метан (CH4), углекислый газ (CO2), небольшое колическтво сероводорода(H2S), аммиака (NH3) и водорода (H2).

Так как биогаз на 2/3 состоит из метана - горючего газа, составляющего основу природного газа, его энергетическая ценность (удельная теплота сгорания) составляет 60-70% энергетической ценности природного газа, или порядка 7000 ккал на м3. 1м3 биогаза также эквивалентен 0,7 кг мазута и 1,5 кг дров.

Биогаз широко применяется как горючее топливо в Германии, Дании, Китае, США и других развитых странах. Он подается в газораспределительные сети, используется в бытовых целях и в общественном транспорте. Сегодня начинается широкое внедрение биогазовых технологий на рынках СНГ и Прибалтики.

Устройство биогазовой установки

Биогазовая установка осуществляет переработку органических отходов в биогаз, тепло и электроэнергию, твердые органические и жидкие минеральные удобрения, углекислый газ.

Описание процесса

1. Ежедневно субстрат собирается в яме и перед подачей в биореактор при необходимости измельчается и смешивается с водой до состояния, способного перекачиваться насосом.

. Субстрат попадает в анаэробный биореактор. Биореактор работает по принципу расхода. Это значит, что в него с помощью насоса, без доступа воздуха поступает (6-12 раз в день) свежая порция подготовленного субстрата. Такое же количество переработанного субстрата вытесняется из биореактора в резервуар - хранилище.

Биореактор работает в мезофильном диапазоне температур 38-40С. Система обогрева обеспечивает необходимую для процесса температуру и управляется автоматически.

Содержимое биореактора регулярно перемешивается с помощью встроенного устройства гомогенизации.

. Полученный биогаза после осушки поступает в блочную когенерационную установку, производящую тепло- и электроэнергию. Около 10% электроэнергии и 30% теплоэнергии (в зимний период) необходимы для работы самой установки.

. Переработанный субстрат после биогазовой установки подается на сепаратор. Система механического разделения разделяет остатки брожения на твердые и жидкие фракции. Твердые фракции составляют 3-3,5% субстрата и представляют собой биогумус.

. В качестве опции предлагается модуль LANDСO, перерабатывающей жидкую фракцию в жидкие удобрения и чистую (дистиллированную) воду. Чистая вода составляет 85% от объема жидкой фракции.

Оставшиеся 15% занимают жидкие удобрения:

Дальнейшее использование жидких удобрений зависит от наличия местного рынка и объема «свободной» теплоэнергии для кристаллизации твердой фракции, составляющей 2%. Как один из вариантов возможно испарение воды на вакуумном испарителе или в естественных условиях. Даже в жидком виде удобрения не имеют запаха и требуют незначительного по объему хранилища.

Работа БГУ непрерывна. Т.е. постоянно в реактор поступает свежий субстрат, сливается переброженный, сразу же разделяясь на воду, био- и минеральные удобрения. Цикл образования биогаза в зависимости от типа ферментора и типа субстрата составляет от нескольких часов до месяца.

В состав оборудования входит контроль качества биогаза, также при необходимости можно включить в состав оборудование по доведению биогаза до чистого метана. Стоимость такого оборудования на уровне 1-5% от стоимости БГУ.

Работа всей установки регулируется автоматикой. Число занятых на биогазовых станциях среднего масштаба не превышает 2 человек.

Мощность биогазовых станций, варьируется от 1 до нескольких десяткой млн куб. в год, электрическая мощность - от 200 кВт до нескольких десятков МВт. По расчетам специалистов в российских условиях наиболее рентабельными являются установки средней и большой мощности, свыше 1МВт.

Наиболее эффективной работы биогазовой станции можно добиться при соблюдении следующих условий:

Бесперебойной и бесплатной поставки сырья для работы установки

Полном использовании продукции биогазовой установки, прежде всего, электроэнергии на предприятии.

Энергосберегающая безотходная технология для комплекса: открытый грунт, животноводческая ферма, защищенный грунт

В открытом грунте выращивают сельскохозяйственные культуры. Зерно используют в качестве корма в животноводческих и птицеводческих предприятиях. Получаемые навоз и помёт направляют в биогазовую установку. Накапливаемый биогаз используют для обогрева теплиц, а остальные продукты в качестве удобрения в теплице.

Навоз и помёт рекомендуется использовать для производства вермикультуры (червей). Черви превращают навоз и помёт в биогумус - ценное органическое удобрение для открытого грунта.

«Скарабей»

Отходы - в доходы. Сегодня Хлевенский район стал местом, где ученые, политики и аграрии обсуждали, как сделать сельское хозяйство экономически выгодным и экологически безопасным. Участники форума «ЭкоРегион» пришли к выводу: без государственной поддержки предприятия за экологию не возьмутся. Переработка отходов сельского хозяйства - дело очень затратное. При этом сами аграрии признают: липецкий опыт, когда из отходов получают удобрения высокого качества, нужно внедрять. В том числе и на законодательном уровне.

В полезное удобрение - компост - навоз превращается не за год, а всего за 3-4 месяца. Стараются аэробные бактерии. Они перерабатывают навоз, просто поедая его. Помогает и чудо-машина. Ее изобрел американец Урбанзюк. Американский выдумщик назвал ее «Скарабеем», то есть навозным жуком.

Такие, казалось бы, приземленные материи требуют капитальных вложений. «Скарабей» стоит почти 15 миллионов рублей. На импровизированной выставке участникам форума показали образцы техники, которая работает на полях Липецкой области. География производителей - от Северной Америки до Австралии.

Фермерское хозяйство с замкнутым циклом экологически безопасного производства

Деятельность фермерского хозяйства - производство многоцелевой сельскохозяйственной культуры - топинамбура и переработка его на пищевые продукты, в частности на фруктозный сироп.

Для утилизации отходов и побочной продукции топинамбура предусмотрены доплнительные производства: свиноферма на 300 животных для скармливания жома, получаемого в производстве фруктозного сиропа, производство биогумуса с помощью вермикультуры (500т в год) на основе переработки свиного навоза, а также биокорма (1000т в год) на основе переработки зелёной массы топинамбура с помощью гриба вешенки. Кормовая ценность биокорма эквивалентна кормовой ценности фуражного зерна.

Производство пектина и пектинопродуктов из вторичных сырьевых ресурсов

Одним из важнейших направлений повышения эффективности современного производства является создание малоотходных и безотходных технологий, более широкое вовлечение в хозяйственный оборот вторичных сырьевых ресурсов. В наибольшей степени этим требованиям отвечает производство пектина и пектинопродуктов из вторичных сырьевых ресурсов (свекловичного жома, яблочных, виноградных и цитрусовых выжимок, хлопковой створки и т. д.).

В России собственного пектинового производства нет. Продолжи­тельная ориентация на импортные поставки высокоэтерифицированного пектина негативно повлияла на его развитие в России. Техника и технология производства, научные исследования развивались недостаточно.

Сложившаяся ситуация свидетельствует о необходимости ор­ганизации в условиях России гибкого производства пектина с обязательным учетом экономических условий региона, конъюнктуры внутреннего рынка, ассортимента пектиносодержащих пищевых и лечебно-профилактических продуктов.

Специалистами НИИ биотехнологии и сертификации пищевой продукции КубГАУ под научным и техническим руководством профессора Л.В. Донченко разработана и внедрена в Венгрии новая технология пектина и пектинопродуктов, предусматривающая производство пектинового экстракта и концентрата. Это дает возможность для увеличения ассортимента пектиносодержащих консервных, кондитерских, хлебобулочных, макаронных и молочных изделий, безалкогольных напитков, бальзамов, лекарственных чаев.

Для расширения ассортимента и дальнейшего совершенствования технологии получения пектиновых веществ из различного растительного сырья и в рамках реализации инновационно-образовательной программы в УНИК «Технолог» - структурном подразделении НИИ биотехнологии и сертификации пищевой продукции - смонтирована единственная в стране линия по производству пектинового экстракта и концентрата, где сотрудники НИИ и аспиранты работают над расширением ассортимента напитков, содержащих пектин. Создано уже более 20 новых рецептур. Для постановки их на производство необходимо разработать техническую и технологическую документацию не только в соответствии с требованиями российского потребительского рынка, но и европейского.

Гидроциклонная технология безотходной переработки картофеля

В 80-х годах прошлого столетия в НПО «Крахмалопродукт» была разработана гидроциклонная технология безотходной переработки картофеля на крахмалопаточных заводах, нашедшая, в частности применение в Брянской области (Климовский завод), в Чувашии (Яльчинский завод) и др.

При традиционном методе получения крахмала на кормовые цели используют лишь мезгу (клетчатку с остатками крахмала) - наименее ценную в питательном отношении часть клубня. Картофельный же сок, содержащий белки, микроэлементы, витамины, как правило уходит с водой в водоёмы, загрязняя их.

При гидроциклонном методе после гидроциклона мезга с соком разваривается и осахаривается с помощью ферментов, происходит частичная коагуляция белка. Затем масса проходит через центрифугу, сушилку, а оставшийся белковый гидролизат уваривается. В результате получается сухая, обогащенная белком мезга - ценный корм.

Примечательно, что при традиционной технологии на переработку 1т картофеля тратится порядка 15т воды, а при гидроциклонной на 1т расходуется 0,5т воды. Традиционный обеспечивает переработку за сутки 200т сырья, гидроциклонная рассчитана на 500т.

В Башкирии нашла применение безотходная технология сыроделия. Например, на Довлекановском сыродельном комбинате ежедневно на изготовление сыра используют 180т молока, но в конечный продукт превращается только двенадцатая часть этой массы (15т), остальное (165т) - сыворотка. Сепарирование её перед сушкой дат в год 60т дополнительно извлекаемого сливочного масла. Дальнейшие операции на вакуумно - выпарном аппарате превращают мутноватую жидкость в белый порошок (из 22 кг жидкости получают 1 кг сухого порошка), поступающий потом на различные пищевые цели (выработка плавленых сыров, мороженого, кондитерских изделий).

Комплексное сельскохозяйственное производство в искусственной экосистеме

Для реального воплощения этого комплекса требуется система рыбоводных прудов, ресурсосберегающих теплиц и плодово-ягодных садов. Они предназначены для производства более 10 видов продукции. В качестве сырья рекомендуется использовать отходы растениеводства. Из соломы готовят компост, на нём сначала выращивают шампиньоны, затем разводят дождевых червей, которых скармливают ракам и рыбе, разводимой в искусственных водоёмах. Гумус, получаемый в результате разведения дождевых червей, используют для выращивания в теплицах овощей и в плодово-ягодном садоводстве.

Получение красителей из отходов тыквы.

В Институте технологии химической и пищевой промышленности (ПНР г.Вроцлав) проведена работа по получению β-каротина из отходов тыквы после термической и гидравлической очистки. Каротиноидный препарат вырабатывали из отходов тыквы, получаемых с производственной линии фруктово-овощного предприятия в г.Ржешов. Устойчивый препарат каротиноидов получен путём измельчения в зернодробилке 100г высушенных отходов, экстракции в течении 12 часов без доступа света. Полученный после фильтрования экстракт разбавляли этиловым эфиром в соотношении 1:1, промывали дистиллированной водой. Эфирный экстракт каротиноидов вливали по каплям в расплавленный кондитерский жир при интенсивном перемешивании. Полученный препарат вливали в формы для застывания, после чего образовывалась однородная масса тёмно - оранжевого цвета. Деградация β-каротина в кондитерском жире проходит более чем в 7 раз медленнее, чем в пищевом масле.

Безотходная технология переработки винограда

Совместно с учёными, специалисты винзавода «Старотитаровский» внедрили безотходную технологию переработки винограда. Из отходов виноделия на заводе получают спирт-сырец, ВКИ (винно-кислая известь), виноградные семена, кормовую муку и сырьё для биологически активных веществ, применяемых в парфюмерной промышленности.

Сладкую виноградную выжимку из цеха переработки транспортёром подают на шнековые экстракторы. Температура экстрагирующей воды 90-95°С. Для более полного экстрагирования кислотных соединений в поддон экстрактора добавляется кальцинированная сода (2кг на 1т выжимки). Из сброженного диффузионного сока на брагоперегонном аппарате «Комсомолец» получают спирт-сырец.

Из выжимки после экстракции и отжима на прессах и зерноочистительной машине вырабатывают виноградные семена и кормовую муку.

Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что возможности развития безотходных и малоотходных технологий в агропромышленном комплексе достаточно масштабны.

безотходный агропромышленный экологический

Использованная литература, источники:

1.       Агроэкология. Методология, технология, экономика/ В.А. Черников, И.Г. Грингоф, В.Т. Емцев и др.; Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. - М.: КолосС, 2004.-400с.: ил.

.        Баранников В.Д., Кириллов Н.К. Экологическая безопасность сельскохозяйственной продукции. - М.: КолосС 2005. - 352с.: ил.

.        Малоотходные и безотходные технологии переработки винограда и плодоовощного сырья/Центр научно-технической информации, пропаганды и рекламы. - М.: 1990.

4.       Интернет-ресурс Biogas Energy, <http://biogas-energy.ru/>

.        Интернет-ресурс Безформата.ru, http://lipeck.bezformata.ru/listnews/pererabotki-othodov-selskogo-hozyajstva/1622426/