CC BY
17
УДК 631.95
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОДСТИЛОЧНОГО ПОМЕТА В КАЧЕСТВЕ БИОТОПЛИВА
В.А. Гусев, кандидат с.-х. наук Л.А. Зазыкина, кандидат экономических наук А.Ш. Кавтарашвили, доктор с.-х. наук И.П. Салеева, член-корреспондент РАН ФНЦ «ВНИТИП» РАН E-mail: [email protected]
Аннотация. Рассмотрено влияние вредных выбросов в атмосферу от птицефабрик. Приводится новое устройство, позволяющее отделять всевозможные примеси, в том числе и пластмассу, из помета, а также измельчать его для дальнейшего использования в качестве экологически чистого биотоплива. Устройство запатентовано. На основе анализа аналогичных конструкций по подготовке подстилочного помета в качестве топлива можно сделать выводы, что предварительное размельчение комков подстилочного помета помета способствует быстрому извлечению всевозможных инородных включений. После прохождения помета через устройство инородные включения практически не попадают в печь, тем самым обеспечивается надежная работа оборудования и уменьшается риск выбросов в атмосферу загрязняющих веществ. Устройство отличается от аналогичных тем, что, с целью повышения коэффициента использования подстилочного помета и сокращения затрат труда, в верхней части бункера установлена решетка с размерами ячеек на 10-15% больше максимальных комков подстилочного помета, а проем в нижней части бункера закрыт подпружиненными секциями ножевой решетки с размерами ячеек на 1015% больше размера ячеек решетки инерционного грохота, причем секции ножевой решетки закреплены верхней частью к стенке бункера с возможностью поворота при воздействии усилия в 1,2 раза большего, чем необходимо для разрезания комков подстилочного помета, а ширина секции ножевой решетки равна размеру ячеек решетки, установленной в верхней части бункера. Ключевые слова: биотопливо, птицеводство, помет.
Введение. Подстилочный помет птицефабрик по степени вредного воздействия на окружающую среду относится к отходам третьего класса опасности в соответствии с «Федеральным классификационным каталогом отходов». При размещении в открытых лагунах данные отходы разлагаются с выделением токсичных и парниковых газов. Однако подстилочный помет может быть использован в качестве альтернативного источника топлива с теплотой сгорания 2000 ккал/кг.
Методы проведения работ. Существующие методы обращения с пометом, включающие продолжительное хранение помета в открытых лагунах, приводят к существенным выбросам парниковых газов - метана (СН4), углекислого газа (С02), закиси азота (N20). Животноводство и птицеводство при-
водят к выбросам метана (СН4) в результате энтеральной ферментации, а также к выбросам СН4 и закиси азота (N20) от животноводческих систем обращения с навозом (пометом). В таблице 1 представлены значения коэффициентов, используемых при расчете выделения парниковых газов при обращении с пометом.
Выбросы парниковых газов традиционно рассчитываются при экономической характеристике деятельности и являются одними из наиболее важных критериев рационального производства биотоплива. Так, например, скандинавские страны признаны лидерами по сокращению эмиссии диоксида углерода в атмосферу. В период с 1990 по 2012 гг. Дания сократила выбросы СО2 в атмосферу на 21%, тогда как в Европе они были сокращены на 8%.
Journal of VNIIMZH №4(32)-2018
121
Таблица 1. Коэффициенты для расчета выбросов метана ^^ и закиси азота (N2O) при уборке,
использовании и хранении помета [1'
Коэффициент Обозначение Ед. измерения Значение
Коэффициент выброса метана ББ кг СН4/ (шт.хгод) 0,3
Темпы выделения азота по умолчанию Н-^е (Т) кг N / (1000 кг массы птицы х день) 0,82
Коэффициент прямых выбросов закиси азота от системы обращения с пометом ЕРз® кг Н20-Н / кг N 0,005
Процентная доля азота в обработанном помете с подстилкой РгасОакМЗ % 40
что воздействие птицефабрик на климат может быть существенным. Для контролирования выбросов в атмосферу и предотвращения глобального потепления были разработаны специальные нормативные документы, которыми руководствуются отечественные производители при удалении и утилизации помета (навоза).
Таблица 2. Системы клеточного содержания кур-несушек: методы и соответствующий потенциал сокращения выбросов NHз. Экономические
В основном, снижение эмиссии СО2 в скандинавских странах проведено в результате замены традиционных, ископаемых источников энергии на возобновляемые. В сельском хозяйстве Дании и Швеции проводится большая работа по производству энергии из биомассы. Климато-энергетический блок ЕС в специальной Директиве по возобновляемой энергетике 2009/28/28/ЕС определяет СО2 нейтральным (выбросы СО2 не учитываются) при использовании метанге-нерации навоза (помета) [2, с. 34]. В ноябре 2011 года была введена Директива о промышленных выбросах, на уровне Европейского союза было подготовлено отдельное руководство по снижению выбросов ряда загрязняющих веществ из крупных свиноводческих и птицеводческих комплексов, в том числе и КН3. В настоящее время пересматривается Справочный документ о наилучших имеющихся методах для интенсивного птицеводства и свиноводства. Кроме того, сравнение себестоимости продукции для хозяйства с другими экологическими выгодами (например, улучшением качества воздуха, воды и почвы, сокращением потерь биоразнообразия, меньшим воздействием на климат) выходит за рамки данного документа. Методы сокращения выбросов при содержании птицы в обычных клетках обобщены в таблице 2 [3, с. 27].
Экспериментальная база. Принимая во внимание объемы производства отходов птицеводства в России, можно предположить,
Категория 1 кг НЫН3/ год/ место Сокращение КН3 (%) Дополнительные расходы (€ / место/ год) Стоимость (€ / кг сохраненного НН3-Н год)
Обычные клетки, невентилируемое открытое пометохрани-лище под клетками 0,1-0,2 0 0 0
Обычные клетки, вентилируемое открытое пометохранилище под клетками для сушки помета 30 0-3
Обычные клетки, быстрое удаление помета транспортерными лентами в крытое пометохранилище 50-80 0-5
Очистка удаляемого воздуха скрубберами 70-90 1-4
Источник: Руководство по методам предотвращения и сокращения выбросов аммиака из с.-х. источников
Учеными из ФНЦ «ВНИТИП» РАН совместно с сотрудниками ЗАО «Ассортимент-СП» было изготовлено и запатентовано устройство для снижения выбросов оксидов в атмосферу при подготовке подстилочного помета к использованию в качестве топлива. Данное устройство соответствует критериям, приведенным в федеральном законе №89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», а также в ГОСТах № 31346-2007 «Установки для переработки помета. Методы исследования» и № 31461-2012 «Помет птицы. Сырье для производства органических удобрений. Технические условия», РД-АПК 1.10.15.0217 «Методические рекомендации по техно-
логическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета». Данное устройство (рис. 1) включает в себя бункер с проемом в нижней части, штанговый транспортер, установленный на днище бункера, гравитационный транспортер с электромагнитным уловителем, инерционный грохот, шнековый транспортер подачи топлива в топку котла, емкость для отходов [4].
Рис. 1. Устройство для подготовки подстилочного помета в качестве биотоплива: 1 - штанговый транспортер, установленный на днище бункера; 2, 3 - решетка; 4 - ось, на которой закреплены секции
ножевых решеток; 5, 6 - пружины; 7 - гравитационный транспортер с закрепленным на
нем электромагнитным уловителем; 8, 9 - инерционный грохот; 10 - емкость для отходов; 11 - шнековый транспортер подачи топлива в топку котла.
Работа устройства состоит в следующем. В бункер 2 загружают подстилочный помет мобильным погрузчиком или ленточным транспортером. На решетке 3 задерживаются очень крупные включения, которые удаляют вручную. Через решетку 3 просыпаются мелкие и крупные комки подстилочного помета и соразмерные с ними инородные включения. Клинообразные скребки штангового транспортера 1, совершающие возвратно-поступательное движение, толкают смесь подстилочного помета с инородными включениями на секции ножевых решеток 5. Комки подстилочного помета легко разрезаются и ломаются на фракции размером на 10-15% меньше, чем размеры решетки инерционного грохота 9. При попадании в секцию ножевой решетки 5, например, камня, она преодолевает усилие пружины 6, пово-
рачивается на оси 4 и при повторном толчке штанговым транспортером пропускает камень на гравитационный транспортер 7. Ширина секции ножевой решетки равна размеру ячеек решетки 3, что облегчает подбор пружины по усилию, достаточному для разрезания комков подстилочного помета, и предотвращает выход неразрезанных комков подстилочного помета на остальной части ширины выходного отверстия бункера 2.
Пружину 6 по усилию выбирают на давление в 1,1-1,2 раза большее, чем необходимо для разрезания комков подстилочного помета. Если выбрать пружину на давление меньше в 1,1 раза необходимого давления для разрезания комков помета, то возможны случаи прохода сравнительно твердых комков помета неизмельченными, а если выбрать пружину на давление более чем в 1,2 раза, то увеличатся энергозатраты на выталкивание твердых инородных примесей из бункера 2. Электромагнитный уловитель 8, установленный по всей ширине гравитационного транспортера 7, притягивает к себе металлические примеси, а измельченный подстилочный помет и крупные твердые примеси сваливаются на инерционный грохот 9. Подстилочный помет просыпается сквозь решетку инерционного грохота 9 в транспортер подачи топлива в топку котла 11, а крупные твердые примеси ссыпаются в емкость для отходов 10, которые удаляют вручную, например, 1 раз в сутки. При отсутствии в выходном проеме бункера 2 секций ножевых решеток 20-35% комкового подстилочного помета может попасть в емкость для отходов 10, что понижает коэффициент использования топлива и увеличивает затраты труда на их удаление.
Результаты исследования и область применения. Модель относится к устройствам для сепарации нетрадиционного вида топлива - подстилочного помета и предназначена для подготовки топлива в котельных агрегатах. Устройство отличается от аналогичных тем, что, с целью повышения коэффициента использования подстилочного помета и сокращения затрат труда, в верхней части бункера установлена решетка с разме-
Journal of VNПMZH №4(32)-2018
123
рами ячеек на 10-15% больше максимальных комков подстилочного помета, а проем в нижней части бункера закрыт подпружиненными секциями ножевой решетки с размерами ячеек на 10-15% больше размера ячеек решетки инерционного грохота, причем секции ножевой решетки закреплены верхней частью к стенке бункера с возможностью поворота при воздействии усилия в 1,2 раза большего, чем необходимо для разрезания комков подстилочного помета, а ширина секции ножевой решетки равна размеру ячеек решетки, установленной в верхней части бункера. Данное устройство можно внедрить на всех птицефабриках при напольном содержании птицы.
Выводы. На основе анализа результатов работы устройства по подготовке подстилочного помета в качестве топлива можно сделать выводы, что после предварительного разрыхления комков подстилочного помета достаточно быстро извлекаются инородные включения. Тем самым исключаются отказы оборудования и уменьшается риск выбросов
в атмосферу загрязняющих веществ. Этот помет также можно использовать в качестве альтернативного топлива и получать значительный экономический эффект.
Литература:
1. http://www.ipccnggip.iges.or.ip/public/gl/invsi.html
2. Тарасов С. Скандинавский опыт снижения экологических рисков при интенсивном применении орга-ничееских удобрений // Международный сельскохозяйственный журнал. 2017. №3. С. 32-37.
3. Сокращение выбросов аммиака: меры и действия. Эдинбург, 2014. 101 с.
4. Пат. № 80130 РФ. Устройство для подготовки подстилочного помета к использованию в качестве топлива / В.А. Гусев и др. Заяв. 26.05.08; Опубл. 27.01.09
Literatura:
1. http://www.ipccnggip.iges.or.jp/public/gl/invsi.html
2. Tarasov S. Skandinavskij opyt snizheniya ehkologiche-skih riskov pri intensivnom primenenii organicheeskih udobrenij // Mezhdunarodnyj sel'skohozyajstvennyj zhur-nal. 2017. №3. S. 32-37.
3. Sokrashchenie vybrosov ammiaka: mery i dejstviya. EHdinburg, 2014. 101 s.
4. Pat. № 80130 RF. Ustrojstvo dlya podgotovki podsti-lochnogo pometa k ispol'zovaniyu v kachestve topliva / V.A. Gusev i dr. Zayav. 26.05.08; Opubl. 27.01.09
THE HARMFUL EMISSIONS INTO ATMOSPHERE REDUCING DEVICE AT THE LITTER MANURE
AS A BIOFUEL USING
V.A. Gusev, candidate of agricultural sciences L.A. Sazykina, candidate of economicl sciences A.Sh. Kavtarashvili, doctor of agricultural sciences I.P. Saleeva, RAS corr.-member FNC "VNIITIP" RAS
Abstract. The influence of poultry farms' harmful emissions into the atmosphere is considered. A new device alio wing all kinds of impurities, including plastic, from the litter to separate, as well as it to grind for further using as ecologically friendly biofuel. The device is patented. Based on similar structures for the litter preparation as fuel analysis, it can be concluded that the preliminary litter lumps' grinding contributes to the rapid extraction of all kin ds of alien inclusions. After litter passing through the device, alien inclusions practically do not enter the furnace, thereby ensuring equipment reliable operation and the pollutants' emissions into atmosphere risk reducing. The device differs from similar ones that it in order to litter using's coefficient increasing and labor costs reducing, there in the up -per part of hopper there make a grate with cells' sizes in 10-15% larger than litter lumps maximum, and the opening gap in the lower part of the hopper is closed by spring-loaded sections of the knife's grate with cells' sizes in 1015% larger than the cells' size of the inertial screen, moreover the knife's grate sections are fixed by the upper part to the hopper's wall with the turning ability of the force in 1,2 times larger, than it is necessary for litter manure lumps cutting, and the knife grate section's width is equal to the grate cells' size established in the hopper's upper part.
Keywords: biofuel, poultry farming, litter.
