Повышение эффективности очистки газов при переработке навоза крупного рогатого скота с разработкой биофильтра

Для получения области оптимальных значений построим совмещенный контурный график двух регрессионных моделей эффективности очистки, рисунок 8.

Из анализа совмещенных поверхностей видно, что если поддерживать в фильтрующем материале с массовой долей компоста 55% влажность 47...52% температуру 26...33°С эффективность очистки газов от аммиака и сероводорода соответственно составит 91 и 94%.

В процессе работы биофильтра фильтрующий материал, накапливает элементы питания растений, содержание азота на 10…15% выше, чем в компосте, что позволяет сделать вывод о том, что фильтрующий материал является готовым к использованию органическим удобрением.

В пятой главе «Опытно-производственная проверка и экономическая эффективность результатов внедрения» представлены результаты опытно-производственной проверки и внедрения биофильтра в ФГУП учхоз-племзавод «Комсомолец» Мичуринского района Тамбовской области при переработке навоза в цехе биоферментации производительностью 400 т/год соломонавозной смеси и в научно-производственном предприятии ООО «Вектор», специализирующемся на разработке и выпуске техники для производства удобрений.

Оценка экономической эффективности от внедрения биофильтра показала, что данный способ очистки газов характеризуется малым сроком окупаемости капитальных затрат 1,5 года и высоким коэффициентом эффективности капитальных вложений 67%.

Общие выводы

1. При ускоренном компостировании соломонавозной смеси в камерных установках в результате биохимического разложения ее компонентов, приводящих к увеличению температуры в смеси до 60…65°С, образуется значительное количество газов, содержащих в своем составе сероводород и аммиак, концентрация которых изменяется от 15 до 22 и от 70 до 115 мг/м3 соответственно, что превышает предельно допустимые уровни от 2 до 5,5 раз.
2. Теоретически установлена взаимосвязь процессов массопереноса газов через пористый слой, адсорбции, абсорбции и микробиологического разложения газов в фильтрующем материале. Причем эффективность биологической очистки, как критерия оптимизации параметров биофильтра, в значительной степени зависит от плотности диффузионного потока, объема фильтрующего материала, его влажности, температуры, времени фильтрации, концентрации входящих газов и удельной площади поверхности.

Получены теоретические зависимости максимальной скорости потока газов и высоты фильтрующего материала, как основных конструктивно-режимных параметров биофильтра, от физико-механических характеристик фильтрующего материала, как пористой среды.

3. По результатам экспериментальных исследований физико-механических свойств фильтрующих материалов с различной массовой долей компоста из навоза КРС и соломы, установлено, что при увеличении их влажности от 40 до 60% пористость снижается от 0,78 до 0,4, насыпная плотность от 550 до 120 кг/м3, что ухудшает работу биофильтра.

Исследования по определению потерь давления, при движении газов в фильтрующем материале, показали, что с увеличением скорости потока от 0,01 до 0,1 м/с и снижении пористости от 0,75 до 0,4 потери давления увеличиваются от 0,3 до 10 Па.

4. Установлено, что для очистки газов при переработке соломонавозной смеси оптимальный состав фильтрующего материала содержит 55% готового компоста из соломонавозной смеси и 45% древесных стружек, при этом влажность материала должна быть 47...52%, а температура 26...33°С.
5. Определены конструктивно-режимные параметры биологического фильтра для очистки газов, так на 1 м3 компостируемой смеси навоза КРС и соломы необходим биофильтр объемом 0,09 м3, площадью поперечного сечения 0,12 м2, высотой фильтрующего материала 0,75 м, скоростью потока газов 0,054 м/с. Данные параметры обеспечивают эффективность очистки по аммиаку 87...91%, по сероводороду 90...94%.
6. Производственная проверка и внедрение биофильтра в цехе ускоренного компостирования соломонавозной смеси в камерных установках, производительностью 400 т/год обеспечивает снижение концентрации аммиака и сероводорода в отходящих газах до уровня ПДК, при этом эффективность капитальных вложений составляет 67%, при сроке их окупаемости 1,5 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Криволапов, И.П. Анализ биохимических процессов при компостировании [Текст] / И.П. Криволапов // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. – Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2010, Ч.1. – С.65-68.
2. Криволапов, И.П. Методика экспериментального исследования биологической фильтрации газовых выбросов [Текст] / И.П. Криволапов // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. – Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2011, Ч.2. – С.45-49.
3. Криволапов, И.П. Исследования состава газовых выбросов при компостировании [Текст] / В.В. Миронов, И.П. Криволапов // Вопросы современной науки и практики: Университет им. В.И. Вернадского. – Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2012, Т.1. – С.336-341.

Публикации в других изданиях и материалах конференций

4. Криволапов, И.П. Анализ газовых выбросов при переработке органического сырья в животноводстве [Текст] / В.В. Миронов, И.П. Криволапов// Сб. науч. тр. Всерос. науч. практ. конф. – Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2009. – С.107-110.
5. Криволапов, И.П. Анализ методов очистки газовых выбросов в животноводстве [Текст] / В.В. Миронов, И.П. Криволапов// Сб. науч. тр. Всерос. науч. практ. конф. – Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2010. – С.92-95.
6. Криволапов, И.П. Разработка биологического фильтра для очистки воздуха в животноводстве [Текст] / В.В. Миронов, И.П. Криволапов // Сб. науч. тр. Междунар. науч.практ. конф. – Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2010. – С.97-101.
7. Криволапов, И.П. Применение биологического фильтра для очистки воздуха [Текст] / В.В. Миронов, И.П. Криволапов // Интродукция нетрадиционных и редких растений: мат. IX Междунар. науч.-метод. конф. – Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2010. – С.353-356.
8. Криволапов, И.П. Проблемы производства компостов и их применения в садоводстве [Текст] / В.В. Миронов, М.В. Криволапов, И.П. Криволапов // Современные системы производства, хранения и переработки высококачественных плодов и ягод: мат. науч.-практ. конф. – Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2010. – С.193-195.
9. Криволапов, И.П. Теоретический анализ ключевых этапов процесса биологической фильтрации [Текст] / В.В. Миронов, И.П. Криволапов // Сб. науч. тр. Всерос. науч. практ. конф. – Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2011. – С.80-83.
10. Криволапов, И.П. Теоретическое исследование процесса биологической фильтрации газовых выбросов в животноводстве [Текст] / В.В. Миронов, И.П. Криволапов // Сборник трудов ГНУ ВНИИМЖ, т.22, ч.3 Научно-технический прогресс в животноводстве – инновационные технологии и модернизация в отрасли: мат. 13-й науч.-практ. конф., – Подольск: Изд-во ГНУ ВНИИМЖ, 2011.– С.205-211.

В описаниях к изобретениям

11. Пат. 96371 Российская Федерация, RU11 U1, МПК51,С12М 1/00,. Биологический фильтр [Текст] / Миронов В.В., Криволапов И.П.: заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Мичуринский ГАУ; заявл. 31.03.2010; опубл.27.07.2010. - 2 с.

Отпечатано в издательско-полиграфическом центре

ФГБОУ ВПО МичГАУ

Подписано в печать 20.04.12 г. Формат 60х84 1/ 16,

Бумага офсетная № 1. Усл.печ.л. 1,1 Тираж 120 экз. Ризограф

Заказ № 16978

_____________________________________________________________

Издательско-полиграфический центр

Мичуринского государственного аграрного университета

393760, Тамбовская обл., г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101,

тел. +7 (47545) 5-55-12

E-mail: vvdem@mgau.ru