CC BY
92
УДК 631.3.001.4
UDC 631.3.001.4
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА
Хамоков Марат Мухамедович старший преподаватель
Шекихачев Юрий Ахметханович д.т.н., профессор
Алоев Владимир Закиевич д.т.н., профессор
Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М.Кокова, Нальчик, Россия
Курасов Владимир Станиславович д.т. н., профессор
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
Фиапшев Амур Григорьевич к.т.н., доцент
Кишев Мухамед Азреталиевич к. т. н., доцент
Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М.Кокова, Нальчик, Россия
В статье рассмотрено влияние птицеводческих комплексов на прилегающую территорию. Предложена установка для переработки отходов птицеводства, обоснованы параметры и режимы его работы
Ключевые слова: ТЕХНОЛОГИЯ, БИОГАЗ, ПЕРЕРАБОТКА, УСТАНОВКА
OPTIMIZATION OF OPERATING MODES OF INSTALLATION FOR PROCESSING OF THE BIRD'S DUNG
Hamokov Marat Muhamedovich senior lecturer
Shekihachev Yury Ahmethanovich Dr.Sci.Tech., professor
Aloev Vladimir Zakievich Dr.Sci.Tech., professor
Kabardino-Balkarian state agricultural academy of V.M.Kokov, Nalchik, Russia
Kurasov Vladimir Stanislavovich Dr.Sci.Tech., professor
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
Fiapshev Amur Grigorevich Cand.Tech.Sci., associate professor
Kishev Muhamed Azretalievich Cand.Tech.Sci., associate professor Kabardino-Balkarian state agricultural academy of V.M.Kokov, Nalchik, Russia
In the article, the influence of poultry-farming complexes on adjoining territory is considered. Installation for processing of a waste of poultry farming is offered, parameters and modes of its work are proved
Keywords: TECHNOLOGY, BIOGAS, PROCESSING, INSTALLATION
Современный уровень развития птицеводства требует принципиально нового подхода к решению проблемы использования внутренних ресурсов. Сущность этого подхода состоит в создании и внедрении малоотходных и безотходных технологий, позволяющих максимально и комплексно включать в хозяйственный оборот буквально все сырьевые ресурсы, которые постоянно образуются и накапливаются в птицеводческих хозяйствах при производстве основной продукции - яиц и мяса птицы. Применение такого подхода обусловлено необходимостью надежного исклю-
чения экономического и экологического ущерба, наносимого окружающей природной среде в результате накапливания отходов, и создания условий для получения дополнительного дохода от реализации новой побочной продукции, полученной от переработанных отходов.
По многим причинам в разряд опасного отхода птицеводческих хозяйств включен птичий помет. Ежедневное поступление больших количеств пометной массы является наиболее значимым экологическим фактором воздействия на окружающую среду. Несанкционированные зоны хранения помета являются существенным источником не только загрязнения рельефа почв, водоемов и подземных вод, но и причиной возникновения и распространения резкого неприятного запаха, ускоренного роста и развития яиц и личинок гельминтов и мух, множества других микроорганизмов, в которых могут быть возбудители опасных заболеваний [1].
Как показали результаты обследования многих птицефабрик в различных регионах России, одной из главных причин возникновения экологической опасности от накапливания помета является низкое качество выполнения технологических операций по удалению помета из птицеводческих помещений, а также его неправильного хранения, транспортирования и самое главное использования в качестве органического компонента при производстве удобрений.
Неудовлетворительное хранение и неудовлетворительное использование помета не только наносит существенный вред окружающей среде, приводя прилегающие к птицефабрикам территории в неудовлетворительное экологическое состояние, но и приводит к потерям огромного количества необходимого для сельскохозяйственных угодий качественного органического удобрения.
Бесконечные констатации экологических нарушений законодательства по охране окружающей среды и предъявляемых штрафных санкций к
птицефабрикам не создают условий для эффективного решения проблемы утилизации птичьего помета.
Отходы АПК, которые необходимо утилизировать, сами по себе являются существенным энергетическим ресурсом, так как с разной степенью эффективности возможно получение биогаза почти из всех видов сельскохозяйственных отходов. Таким образом, развитие биогазовой энергетики - это не только возможное решение проблемы отходов, но и еще решение энергетических проблем сельского хозяйства [2].
В этом плане птичий помет является идеальным сырьем для биогазовой станции и дает высокий выход газа. Так, свежий помет несушек, цыплят и бройлеров при клеточном содержании дает примерно одинаковый выход биогаза 130... 140 м /т. Помет с подстилкой, убираемый раз в 35...40 дней, обеспечивает выход биогаза около 80 м /т. Кроме того, при влажности 65 % куриный помет содержит N и Р2О5 — по 1,9 %, К2О — 0,9 %; при влажности 95 % — соответственно 0,2, 0,2 и 0,1 %. Помет также богат микроэлементами: в 100 г сухого вещества содержится марганца 15—38 мг, цинка — 12— 39, кобальта — 1 —1,3, меди — 0,5, железа — 367—900 мг [3].
Согласно Распоряжения Правительства РФ от 8 января 2009 г. №1-р «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 г.», установленная мощность электрогенерирующих установок на биогазе и биомассе к 2020 г. должна вырасти в 5,5 раз по отношению к сегодняшним показателям - до 7850 МВт. Однако существенных шагов пока не предпринято в силу технологических причин.
Очевидно, что проблему технологического отставания России необходимо решать, и в этом плане переработка птичьего помета приобретает особую актуальность.
Целью исследования являлось повышение эффективности переработки птичьего помета на основе обоснования параметров технологического процесса и оборудования биогазогумусной установки.
Для определения выхода биогаза и органического удобрения из жидкого птичьего помета была изготовлена лабораторная установка c целью проведения эксперимента (рис. 1).
©
©
©
©
©
Рисунок 1 - Общий вид лабораторной биогазогумусной установки 1-ручка мешалки, 2-трубка выхода биогаза, 3-гидрозатвор, 4- сливное устройство, 5-выгружное устройство, 6-искрогаситель, 7-газгольдер, 8- загрузочная горловина.
На основании анализа априорной информации установлено, что определяющей характеристикой процесса переработки птичьего помета является выход биогаза. С учетом этого указанный выход биогаза принят нами в качестве критерия оптимизации.
Наибольшее влияние на выход биогаза оказывают температура сбраживания, влажность исходного сырья и длительность переработки помета (табл. 1).
Оптимизированы режимы работы параметры установки для переработки птичьего помета с использованием математического метода планирования многофакторного эксперимента в виде центрального композиционного ортогонального плана второго порядка.
Таблица 1 - Факторы и уровни их варьирования
Факторы Температура сбра- О/'ч живания, С Хі Влажность исходного сырья, % Х2 Длительность переработки помета, час Х3
Кодированное значение фактора (безразмерное) -і 0 +1 -1 0 +1 -1 0 +1
Значение фактора 50 55 60 85 90 95 168 240 312
Установлено влияние температуры сбраживания, влажности исходного сырья и длительности переработки помета на выход биогаза. Уравнение поверхности отклика для выхода биогаза от взаимодействия температуры сбраживания, влажности исходного сырья и длительности переработки помета:
- в кодированном виде
У = 0,6567 -0,0313Х, + 0,0038Х2 + 0,0375Х3 -0,0075Х,Х9 + 0,005Х,Х
т ? ? 1 ? 2 ? 3 ? 1 2 ? 1
- 0,005Х2Х3 - 0,0596Х2 - 0,0396Х2 - 0,0571Х32 (1)
- в натуральном виде
Нв = 0,2796Т + 0,3057W + 0,00631 - 0,0003TW + 0,0000 т - 0,0000Гт --0,0016W2 - 0,0000И2 - 21,471. (2)
где Х1, Х1 и Х1 - кодированные значения, соответственно, температуры сбраживания, влажности исходного сырья и длительности переработки помета;
Т, Ж и ? - натуральные значения, соответственно, температуры сбраживания (0С), влажности исходного сырья (%) и длительности переработки помета (дней).
Оценка однородности дисперсии произведена по критерию Кохре-на. Полученное значение расчетного критерия Кохрена (0,1667) меньше табличного (0,2758). Следовательно, гипотеза об однородности дисперсий подтверждается при 5% уровне значимости.
Адекватность полученной модели проверена по ^ - критерию Фишера. Полученное значение расчетного критерия Фишера (2,3184) меньше табличного (2,3593). Следовательно, полученная модель - адекватна.
С целью исследования функции (1) на экстремум, определим стационарные точки поверхности отклика из системы уравнений:
^ = -0,0313 - 0,00755Х2 + 0,005Х3 - 0,1192Х1 = 0
аХ1 2 3 1
= 0,0038- 0,0075Х1 - 0,005Х3 - 0,0792Х2 = 0 (3)
ах2 1 3 2
^ = 0,0375 + 0,005Х1 - 0,005Х2 - 0,1142Х3 = 0
ах3 1 2 3
Решениями системы уравнений (3) являются следующие значения:
Х* =-0,2526; Х2 = 0,052; Х 3 = 0,315.
С учетом выражений перехода от кодированных значений к натуральным
Х1 10 10 1 Н II (4)
1 5
Х 2 = - 90 (5)
2 = 5 ,
Х 3 = t - 240 (6)
определяем оптимальные значения режимных параметров биогазогумус-ной установки: температура сбраживания 540С, влажность исходного сырья 90%, длительность переработки помета 263 ч (11 дней).
Наглядно зависимость выхода биогаза от исследуемых параметров можно оценить по графикам, построенным согласно уравнений, найден-
ных из уравнения (1) (рис. 2.. .4):
У(Х1 ) = 0,6522 - 0,0301Х1 - 0,0576X2, (7)
У(Х2) = 0,667 + 0,004Х2 - 0,0396X2, (8)
У(Х3) = 0,6637 + 0,0359Х3 - 0,0571Х32. (9)
Анализ графиков, приведенных на рисунках 2 ... 4, показывает, что
наибольшее влияние на выход биогаза оказывают температура сбраживания и длительность переработки помета.
Для построения двумерных сечений поверхности отклика, характеризующих попарное влияние основных факторов на показатель выхода биогаза провели каноническое преобразование уравнения (1), в результате
чего получены следующие уравнения:
Y - 0,б7 _ -0,0449X2 - 0,0595X2, (10)
Y -0,б7 _-0,06X2 - 0,0611X2, (11)
Y -0,б7 _-0,0571X2 - 0,0193X32. (12)
С использованием программы Mathcad 2000 Professional и полученных уравнений построили линии равного уровня изменения выхода биогаза в зависимости от попарного влияния основных факторов (рис. 5...7).
На плоскостях линий уровня показаны точки оптимальных параметров (температура сбраживания 540С, влажность исходного сырья 90%, длительность переработки помета 263 ч (11 дней). Выход биогаза при этих значениях основных факторов составляет 0,67 м /кг.
оо
го
со
2
о
ю
§
X
-0
со
ОТг—
0,6 -
и,э
- - у ц _ п Ъ
и, о
О./. ' П л
и, 1 п п
-0,5 0 0,5
Температура сбраживания
Рисунок 2 - Зависимость выхода биогаза от температуры сбраживания.
Рисунок 3 - Зависимость выхода биогаза от влажности исходного сырья
П Я
П ^
П А _
о о
П 9
О-О—
1 -0,5 0 0,5 1
Длительность переработки помета
Рисунок 4 - Зависимость выхода биогаза от длительности переработки помета
Рисунок 5 - Зависимость выхода биогаза от температуры сбраживания (Х7) и
влажности исходного сырья (Х2)
X!
Рисунок 6 - Зависимость выхода биогаза выхода биогаза в зависимости от температуры сбраживания (Х1) и длительности переработки помета (Х3)
х2
Рисунок 7 - Зависимость выхода биогаза от влажности исходного сырья (Х2) и длительности переработки помета (Х3)
Список использованной литературы
1. Ревель, Ч. Среда нашего обитания. Энергетические проблемы человечества [Текст] / Ч. Ревель.- Москва: Мир, 1995.-135 с.
2. Панцхава, Е.С. Техническая биоэнергетика. I. Биомасса как дополнительный источник топлива. Получение биогаза [Текст] / Е.С. Панцхава, И.В. Березин // Биотехнология. - 1986. - Вып.2. - С. 1-12.
3. Голышев, Д.И. Утилизация жидкого помета [Текст] / Д.И. Го-лышев // Птицеводство.- 1974.- №7.- С.35-37.
