Процесс переработки органических отходов в биогаз и жидкие органические удобрения
Аннотация
Аэробная переработка органических отходов,
навоз, жидкие органические удобрения, влажная органическая биомасса, аэробный
биореактор, метановое брожение, интенсификация процесса, сбраживание биомассы.
В данной курсовой работе представлен процесс переработки
жидких органических отходов, например навоза, птичьего помета и т.п., в биогаз
и жидкие органические удобрения. Полностью изучен процесс получения конечного
продукта с минимальным образованием отходов данного производства. Представлена
подробная схема установки.
Работа состоит из следующих разделов:
аналитическая и технологическая части, а так же включен раздел, который
посвящен безопасности жизнедеятельности.
В аналитическом разделе представлен анализ
собранных данных с различных журнальных статей, а так же информации взятой с
сети Интернет по теме: анаэробная переработка органических отходов для
получения жидких удобрений и биогаза.
Во второй, технологической части,
рассматривается подробный процесс производства продукта по стадиям, предоставляются
все плюсы и минусы данной установки, так же доказательства эффективности и
экономичности процесса.
В разделе безопасность жизнедеятельности описаны
правила техники безопасности микробиологической лаборатории. Знание техники
безопасности очень важно знать специалистам биотехнологам для правильного и
безопасного проведения исследований.
Определения
органический
отход биотопливо
Переработка - повторное
использование или возвращение в оборот отходов производства или мусора
<#"578820.files/image001.gif">
Рисунок 1. 1- анаэробный биореактор, 2-основной
нагреватель, 3-система подачи исходного сырья, 4-система удаления биогаза,
5-система удаления жидких органических соединений, 6-включатель системы
управления, 7-трубопровод подачи жидкости, 8-газгольдер, 9- патрубок загрузки
биомассы, 10-патрубок загрузки жидкого органического удобрения
В начале технологического процесса в анаэробном
биореакторе наблюдается атмосферное давление. В процессе образования биогаза
давление в верхней части анаэробного биореактора растет. При достижении
давлением определенного значения система управления технологическим процессом 6
включает компрессор, и биогаз с помощью системы удаления биогаза 4 направляется
в газгольдер 8.
Удаление перебродившей биомассы осуществляется
через патрубки, через патрубок 10 для удаления 10% перебродившей биомассы один
раз в сутки (экспериментально установлено, что примерно 10% биомассы полностью
сбраживается в течение суток), а через патрубок в случае ремонта или очистки
биореактора для удаления всей биомассы.
Таким образом, предлагаемая установка для
анаэробной переработки органических отходов позволяет обеспечить оптимальный
гидравлический режим движения биомассы в биореакторе; разделить процесс
сбраживания биомассы по отдельным секциям в соответствии с химизмом процесса;
создать оптимальный температурный режим для процесса сбраживания; обеспечить
интенсивное перемешивание биомассы, при этом исключая коркообразование;
интенсифицировать процесс сбраживания на этапе подготовки биомассы за счет
добавления жидкости, содержащей штаммы метанобразующих бактерий; обеспечить
сбор и хранение образующегося биогаза в газгольдере; обеспечить поступление и
удаление 10% перебродившей биомассы в процессе загрузки-выгрузки. Все это делает
ее более эффективной и экономичной в сравнении с прототипом.
.2.1 Технологии переработки отходов
животноводства и птицеводства с получением энергии
В настоящее время используются два основных
направления переработки навоза и помета для получения тепловой и электрической
энергии:
) Получение газа с использованием штаммов
бактерий (биогаз);
2) Получение горючих
газов путем температурного разложения органики (Синтез-газ) с доступом воздуха
(газификация) и без него (пиролиз).
Сейчас, чаще применяется технология синтез-газа.
Так как является достаточно простой в эксплуатации и имеет более лучшие
показатели по выходу газа (рис.2).
Обработка отходов проводится в реакторах
термо-химической конверсии при температурах выше 8000С, с продувкой воздухом.
Процесс обеспечивает получение топливного газа, основу которого составляют СО,
Н2, N2 и который может быть использован в качестве топлива в котельных, газовых
турбинах и двигателей внутреннего сгорания [7].
При термическом разложении биомассы образуются
золы, которые направляются на утилизацию. Объем золы зависит от содержания в
биомассе минеральных примесей, но, по-видимому, не будет превышать 0.5% от
массы исходного сырья.
Рисунок 2. Структурная схема установки по
производству синтез газа
- гидравлический пресс подачи сырья; 2 - съемная
крышка реактора; 3 - дутьевые фурмы; 4 - гидравлический пресс отбора золы; 5 -
корпус реактора; 6 - проточный вентилятор; 7 - аэродинамический
преобразователь; 8 - рама.
Для получения биогаза, с использованием штаммов
бактерий, используются биогазовые установки (станции), которые производят
биогаз путем брожения навозов, пометов и энергетических культур в анаэробных
условиях. Брожение осуществляется в реакторах, куда загружаются чаще жидкие
(фекальными насосами) или твердые (шнеками) отходы биомассы.
Биогаз может использоваться для производства
электроэнергии в газовых турбинах, поршневых двигателях и котельных агрегатах.
При обработке биогаза возможно получение моторного топлива.
Продуктом процесса являются обеззараженные и
обезвреженные удобрения, объемы которых, как правило, несколько меньше исходных
объемов сырья (рис.3).
Рисунок 3. Структурная схема установки по
производству биогаза
.4 Методы утилизации отходов производства
Данное производство, а именно получение бигаза
основанное на органических отходах и проходящее в анаэробных условиях,можно
считать практически безотходным, так как все отходы, которые образуются в
результате получения топлива, а именно жидкие органические удобрения, поступают
обратно в производство. Их задачей является разбавление основного сырья
производства: навоза и птичьего помета, для улучшения процесса измельчения и
перемешивания. Отходы органической жидкости имеют температуру близкую к
температуре биомассы, находящейся в анаэробном биореакторе, и содержат штаммы
метаообразующих бактерий, при участии которых образуется метан и диоксид
углерода - основные компоненты биогаза.
Биоудобрение - переработанные в биогазовых
установках органические отходы превращаются в биомассу, которая содержит
значительное количество питательных веществ и может быть использована в
качестве биоудобрения. Образующие при сбраживании материалы улучшают физические
свойства почвы, а минеральные вещества служат источником энергии и питанием для
деятельности почвенных микроорганизмов, что способствует повышению усвоения
питательных веществ растениями.
Данное биоудобрение содержит ряд органических
веществ, которые вносят вклад в увеличение проницаемости и гигроскопичности
почвы, в то же время, предотвращая эрозию и улучшая общие почвенные условия
[9]. Органические вещества также являются базой для развития микроорганизмов,
которые переводят питательные вещества в форму, которая легко может быть
усвоена растениями. Биоудобрения ускоряют процесс прорастания семени, повышают
процент их всхожести. Способствует более быстрой приживаемости растений, снимая
стрессовую ситуацию при пересадке. Эффективны такие органические удобрения при
раскислении почвы. Биоудобрение также является хорошим микробиологическим
удобрением. Его внесение помогает почве восстановиться после многолетнего
использования. Основное преимущества биоудобрений заключается в сохранении в
легко усваиваемой форме практически всего азота и других питательных веществ,
содержащихся в исходном сырье [13]. Значительным преимуществом биоудобрений
перед навозом, перепревшим в естественных условиях, является то, что при
сбраживании навозом, перепревшим в естественных условиях, является то, что при
сбраживании навоза в биогазовых установках погибает значительная часть,
патогенных микроорганизмов и семян сорняков, содержащихся в навозе.
3. Безопасность жизнедеятельности
Правила техники безопасности при работе в
микробиологической лаборатории.
Работа в микробиологической лаборатории требует
строгого соблюдения специальных правил, что определяется двумя основными
положениями.
Первое - в микробиологической практике
используют, главным образом, чистые культуры микроорганизмов, т. е. популяции
микроорганизмов одного вида, часто являющихся потомством одной клетки.
Поскольку в воздухе, на поверхности окружающих
нас предметов, на одежде, руках, волосах всегда имеется большое количество
разнообразной микрофлоры, то для обеспечения стерильности исследований и
избежания загрязнения культур работа должна проводиться с соблюдением правил
асептики.
Второе - при исследованиях с не
идентифицированными микроорганизмами, при их выделении из объектов окружающей
среды и техногенных потоков, могут быть выделены патогенные и условно
патогенные микроорганизмы.
Кроме того, клетки как сапрофитных, так и
патогенных микроорганизмов могут являться аллергенами для определенных
индивидуумов. Таким образом, для получения достоверных результатов
исследований, для обеспечения личной безопасности и безопасности окружающих
необходимо соблюдение определенных правил.
Подготовку лаборатории к занятиям проводит
лаборант; студенты, выполняя задания, должны соблюдать следующие правила.
. Каждый студент в микробиологической
лаборатории работает на постоянном месте, выполняя задания индивидуально.
. На рабочем месте не должно быть посторонних
предметов (в том числе портфелей и сумок).
. Студент должен работать только в чистых
халатах, волосы должны быть подобраны, не падать на плечи.
. При работе с культурами микроорганизмов
необходимо соблюдать все правила микробиологической техники. На пробирках,
колбах, чашках Петри, матрацах должна быть сделана надпись, содержащая родовые
и видовые названия культуры, дату засева, фамилию студента и номер группы.
. Все предметы, использованные при работе с
живыми культурами, должны быть обеззаражены либо обжиганием в пламени горелки
(петли, иглы), либо погружены в дезинфицирующий раствор (предметные и покровные
стекла, пипетки, шпатели).
. Все засеянные пробирки, чашки помешаются в
термостат или сдаются лаборанту. Отработанный материал (пробирки, чашки Петри)
также помещается в определенные емкости по указанию лаборанта для их дальнейшего
обеззараживания.
. В лаборатории запрещается курение, прием пищи,
лишнее хождение по лаборатории.
. В конце занятия студент должен привести в
порядок рабочее место, вымыть руки. Необходимо иметь индивидуальное полотенце,
салфетки для вытирания рук.
Обычно лаборатория биотехнологии
состоит минимум из 3-х помещений. Это бокс, где ведутся стерильные работы;
комната для приготовления питательных сред, хранения химикатов, оборудования и
прочих вспомогательных мелочей; автоклавная. Вынесение автоклавов в отдельную
комнату продиктовано требованиями безопасности, поскольку процесс стерилизации
идет под давлением и в случае неисправности прибора могут случиться жертвы и
разрушения. Впрочем, технический прогресс не стоит на месте и современные
модели автоклавов более надежны и безопасны, с ними могут работать и
необученные специально люди, а отдельных комнат не требуется. Стерильные работы
можно проводить в специальном помещении - микробиологическом боксе или же
использовать ламинар-боксы <http://practice.biotechnolog.ru/laminar.htm>.
В любом случае полы и стены комнаты, где ведутся стерильные работы, должны быть
моющимися (в идеале - кафельные) и не содержать материалы
-"пылесборники". Помещение, где ведутся работы с культурами тканей
необходимо периодически стерилизовать ультрафиолетовыми лампами (кварцевать),
поэтому наличие любой растительности там исключено. Для работы с культурами
животных клеток требования к стерильности должны быть более жесткими по
сравнению растительными культурами, поскольку вероятность контаминации выше. Не
рекомендуется в одних и тех же боксах вести работы с микробиологическими
объектами и культурами клеток. Микроорганизмы более устойчивы к внешним
факторам, и простерилизовать после работы с ними помещение гораздо труднее,
особенно это касается работ с грибами. Все изложенное выше касается работ с
непатогенным материалом. Уровни защиты при работе с патогенным материалом иные,
и они требуют большей безопасности [13].
Заключение
В последние годы актуальность
утилизации и переработки органических отходов биологическим путем в
органические удобрения значительно возросла. Такими отходами могут быть навоз
скота, свиней, птичий помет, пивная дробина, послеспиртовая барда,
канализационные стоки и др. При переработке животноводческих отходов в
биогазовых установках возможно получение следующих продуктов: биогаза,
минерализованных азотных удобрений, метана, углекислоты, электроэнергии,
тепловой энергии. Это позволит предприятиям, хозяйствам сократить затраты на
электроэнергию, получая альтернативную электроэнергию, тепловую энергию,
качественные минерализованные азотные удобрения, тем самым не приобретая их, а
также снизить затраты на налоги за экологические сборы. Тем самым снизить
себестоимость выпускаемой продукции. Такими отходами могут быть навоз скота,
свиней, птичий помет, пивная дробина, послеспиртовая барда, канализационные
стоки и другие.
Целью данной работы было изучение
оптимального процесса утилизации органических отходов животноводства в
анаэробном бореакторе с получением биогаза, что являлось, с точки зрения
экономии затрат выгодно для производства.
В ходе проведения работы были
исследованы данные, что навоз и птичий помет, взятые в качестве сырья для
производства биогаза, подходят наилучшим образом. Так же что технология
производства биогаза предоставляет шанс дешевой утилизации органических отходов
в биогазовых установках, позволяя частично сократить расходы и получить при
этом качественные минерализованные азотные удобрения для сельского хозяйства.
Список используемой литературы
1. Baccep
С.Р., Кондратьева Н.В., Масюк Н.П. и др. Органические удобрения. Справочник. -
Киев: Наукова думка, 1989. - 608 с.
2. Boigas Praxis. Barbara
Eder. Heinz Schulz.2006. перевод
на
рус.
“Биогазовые
установки. Практическое пособие”- www.
zorgbiogas.ru/biblioteka/biogas_book.
3. Сайт
сети интернет: http://wreferat.baza-raferat.ru
. В.Баадер,
Е. Доне, М. Бренндерфер. Биогаз. Теория и практика - publ.lib.ru/ARCHIVES/B/BAADER_Vol’fgang/_Baader_V.html.
. Юкельсон
И.И. Технология основного органического синтеза/ И.И. Юкельсон. - М. Химия,
1968. - 848 с.
. Презентация
"БиогазЭнергоСтрой" "Биогазовые станции" <http://www.bioges.ru/images/stories/file/preseent.pdf>
. Правительство
Китая потратило 20 млн евро на развитие биогазового производства
<http://uaenergy.com.ua/c225758200614cc9/0/e26d989fc5e3bee4c22578340038e417>
9. International Workshop on
Domestic Biogas. Kathmandu, Nepal 10-12 November, 2009. Workshop Report
December 2009
10. Сайт
сети Интернет: http://www.bestreferat.ru/referat-96613.html
11. Агрохимия. - 2-е изд., перераб.
и доп. под ред. Смирнов П.М., Муравин Э.А.
12. Егорова Т.А. Основы
биотехнологии: Учебное пособие. - М.: Высшая школа. 2003. - 268с.
13. Сайт
в Интернете: www.practice.biotechnolog.ru