Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Друзьянова Варвара Петровна. Ресурсосберегающая технология утилизации бесподстилочного навоза крупного рогатого скота в условиях Республики Саха (Якутия) : Дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 : Иркутск, 2004 162 c. РГБ ОД, 61:04-5/3217

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

2
ВВЕДЕНИЕ 4-10

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ 11-38

1 Л. Особенности механизации животноводства

в Республике Саха (Якутия) 11-16

1.2. Методы и способы переработки

бесподстилочного навоза 17-23

  1. Микробиологические и биохимические основы процесса метанового сбраживания 23-25

  2. Факторы, воздействующие на процесс метанового сбраживания навоза крупного рогатого скота 25-35

  3. Параметры, характеризующие процесс анаэробного сбраживания навоза крупного рогатого скота л 36-38

ГЛАВА 2-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 39-62

2_1. Энергетическая модель накопительной

биоэнергетической установки 39-43

2.2. Теплотехническая модель накопительной

биоэнергетической установки 43-55

2.3. Спонтанное перемешивание в биореакторе

накопительной биоэнергетической установки 56-62

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 63-82

ЗД, Общая методика экспериментальных исследований 63-65

3-2. Описание лабораторной установки для проведения экспериментов по

анаэробному метановому сбраживанию 65-69

3-3. Методика получения адаптированных к психрофильным условиям ес
тественных метаногенных мезофильных микроорганизмов 70

  1. Методика определения влажности и зольности 70-72

  2. Планирование и обработка результатов эксперимента 72-80

3-6. Методика экспериментальных исследований режимов работы накопи
тельной биоэнергетической установки 81-82

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ 83-111

4.L Результаты эксперимента по адаптированию естественных метаноген-

ных микроорганизмов к психрофильным условиям 83-84

4.2- Результаты опытов по исследованию режимов работы накопительной
биоэнергетической установки по анаэробному сбраживанию беспод
стилочного навоза крупного рогатого скота 85-95

4.3. Имитационные модели анаэробного метанового сбраживания

в накопительной биоэнергетической установке 95-102

4.4. Результаты моделирования количества теплоты, идущего на нагрев
исходного навоза и поддержание температуры сбраживания

в накопительной биоэнергетической установке 102-107

4.5. Результаты моделирования выхода товарной энергии 107-111

ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРЕРАБОТКИ
БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
АНАЭРОБНЫМ СБРАЖИВАНИЕМ В БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ
УСТАНОВКЕ 112-118

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 119-120

ЛИТЕРАТУРА 121-134

ПРИЛОЖЕНИЯ 135-158

Введение к работе:

Республика Саха (Якутия) располагает огромными земельными ресурсами, но площади, пригодные для сельскохозяйственного освоения, весьма ограничены.

В последние годы резко сократилось применение минеральных и органических удобрений, почти не ведутся мелиоративные работы. Из-за перегрузки сельскохозяйственных угодий населением и домашним скотом происходит интенсивное уменьшение их плодородия.

Повышение содержания биогенных веществ и гумуса в почве достигается внесением органических удобрений. Одним из наиболее доступных и традиционных видов органических удобрений является навоз крупного рогатого скота. Значимость навоза крупного рогатого скота как удобрения подтверждается тем, что в тонне бесподстилочного навоза в среднем содержится 5 кг азота, 2,5 кг фосфора и 6 кг калия, С дозой навоза 60 т/га (с влажностью 87-90 %) в почву их будет внесено около 300, 150 и 360 кг соответственно. Почва при разложении органического вещества навоза обогащается гумусом и углекислым газом, необходимом для воздушного питания растений. Также улучшаются её биологические, химические свойства, водный и воздушный режимы [67, 71, 73]. При недостаточно проработанной технологии переработки, удобрительные качества навоза могут быть утрачены и он будет являться весьма опасным источником загрязнения окружающей среды [12, 20, 26,31,34,35].

В хозяйствах республики крупный рогатый скот содержится без подстилки, а полученный навоз вывозят на близлежащие пахотные или на открытые участки. Навоз, вывезенный зимой, весной долго не оттаивает, что приводит к значительному затягиванию с обработкой почвы и подготовкой её к посеву, В Якутии, регионе вечной мерзлоты, патогенные микроорганизмы в навозе и почве обладают повышенной устойчивостью к воздействию

5 внешних факторов и годами сохраняют жизнеспособность и патогенность.

По данным Якутского НИИСХ, кишечная палочка выживает в кучах навоза

до 1,5 лет, золотистый стафилококк- до 2 лет, микобактерии туберкулёза — до

4, мытный стрептококк - до года [78],

В Центральной Якутии, где сосредоточено около 90 % всего поголовья крупного рогатого скота отсутствуют технологии по переработке производимого навоза. В силу этого навоз затрудняет нормальное и безопасное функционирование животноводческих ферм, находящихся непосредственно в населённых пунктах. Отсутствие технологий по переработке навоза приводит к многолетним накоплениям навоза около ферм, расположенных рядом с естественными водоемами, что влечет за собой их сильное загрязнение. Так, из-за попадания в озера биогенных элементов содержание нитратов, нитритов, аммония и фосфатов превышает допустимые нормы. В некоторых озерах Заречной группы районов Республики Саха (Якутия) отмечено превышение ПДК нитратов в 110-120 раз, фосфатов - в 70-80 раз, В сельской местности население потребляет воду из этих водоемов без какой-либо очистки. Авторы работы [ПО] считают, что отсутствие технологий по переработке наьоза является одной из существенных причин увеличения заболеваемости сельских жителей онкологическими болезнями желудочно-кишечного тракта, дизентерией и инфекционными гепатитами. Все это не оставляет сомнений в том, что навоз выступает опасным фактором передачи возбудителей инфекционных и инвазионных болезней человеку и животным, источником заражения пастбищ и водоёмов.

В настоящее время в республике достаточно остро стоит энергетическая проблема. В сельском хозяйстве она усугубляется дефицитом энергетических мощностей, недостаточным уровнем централизации электроснабжения, обусловленных территориальной рассредоточенностью населения. Теплоснабжение животноводческих ферм, других производственных объектов и жилого сектора осуществляется от мелких котельных, работающих на привозном

жидком и твердом топливе, доставка которого требует больших экономических и энергетических затрат. Отсюда и вытекают все те негативные показатели, присущие для системы теплоснабжения в условиях Республики Саха (Якутия) [8].

В сельской местности уровень потребления энергии на душу населения почти в 2 раза, а по отдаленным населенным пунктам в 3-4 раза ниже, чем в среднем по республике. Особо остро стоит проблема топливо - и энергообеспечения потребителей 266 отдаленных сельских населенных пунктов, в которых проживает около четверти сельского населения. Транспортировка угля до таких пунктов сопровождается физическими потерями^ достигающими 30 %, значительным расходом моторного топлива.

Исходя из вышеперечисленного, необходимо отказаться от практики вывоза неподготовленного навоза, получаемого в стойловый период, принять меры по его переработке и хранению с целью получения качественного органического удобрения и топлива.

Существуют различные методы и способы переработки бесподстилочного навоза животных для получения органических удобрений [6, 12, 26, 60, 71]. Но ни один из них не находит широкого и эффективного применения в Якутии по причине жестких природно-климатических условий и низкого технического уровня сельхозпроизводства.

В данной ситуации, наиболее подходящим способом переработки бесподстилочного навоза крупного рогатого скота является анаэробное метановое сбраживание в сооружениях накопительного типа» устанавливаемых непосредственно в животноводческих помещениях.

Переработка навоза путем метанового сбраживания имеет следующие достоинства, выгодно отличающих его от других методов и способов переработки [10, 11,12, 14,15, 19,23,42, 88]:

выделяемый биогаз является источником энергии;

получение высококачественного органического удобрения;

- уничтожение яиц гельминтов, семян сорных растений, подавление

запаха навоза;

поддержание чистоты окружающей среды;

улучшение социальных условий проживания сельского населения;

возможность организации безотходного производства.

Автор работы [27] пишет, что оптимального функционирования системы человек - сельскохозяйственное производство - природная среда можно достигнуть, применяя биоэнергетические установки в усадьбах фермерских хозяйств.

По температурным режимам биогазовые технологии подразделяются на психрофильный {10-25 С), мезофильный (30 -35 С), термотолерантный (40 -45С) и термофильный (50 - 60 С). В нашей стране, психрофильный режим, по сравнению с остальными режимами, изучен мало. Данный режим сбраживания широко применяется в Китае, Вьетнаме и Индии [33]. Снижение скорости брожения при психрофильных температурах компенсируется простотой конструкций биореакторов и легкостью их эксплуатации.

В Республике Саха (Якутия) стоимость электроэнергии самая высокая по России, поэтому ни мезофильный, тем более термофильный режимы сбраживания энергетически и экономически невыгодны.

Актуальность работы: в настоящее время в Республике Саха (Якутия) отсутствуют технологии по переработке производимого бесподстилочного навоза крупного рогатого скота. Существуют разные методы и способы по переработке бесподстилочного навоза крупного рогатого скота. Но их широкое использование ограничивается суровыми природно-климатическими условиями региона и существующими в настоящее время формами хозяйствования, сложившимися в животноводстве республики.

Применение технологии анаэробного метанового сбраживания бесподстилочного навоза крупного рогатого скота в биогазовых установках позволит получать не только высококачественное минерализированное органиче-

8 ское удобрение, но и биогаз — источник энергии. Кроме этого, при использовании данной технологии переработки навоза животных будут соблюдены требования охраны окружающей среды.

Цель работы: обоснование и разработка ресурсосберегающей технологии анаэробного сбраживания бесподстилочного навоза крупного рогатого скота в психрофильном режиме для хозяйственных и природно-климатических условий Республики Саха (Якутия).

На основе поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

разработать методику адаптации естественной ассоциации мезо-фильных микроорганизмов, заселяющих кишечно-желудочный тракт крупного рогатого скота к психрофильным условиям;

разработать методику и провести экспериментальные исследования в режимах работы накопительной биоэнергетической установки;

разработать методику энерго - и теплотехнического расчета биоэнергетической установки;

обосновать возможность спонтанного перемешивания в накопительной биоэнергетической установке;

обосновать экономическую эффективность применения предлагаемой технологии переработки бесподстилочного навоза крупного рогатого скота в условиях Республики Саха (Якутия).

Объектом исследования являлся технологический процесс ресурсосберегающей утилизации бесподстилочного навоза крупного рогатого скота, основным элементом которого выступает биоэнергетическая установка.

Предмет исследований —режим работы биоэнергетической установки. Научная новизна работы:

1. Получена энергетическая модель накопительной биоэнергетической установки, позволяющая определять выход товарного

9 биогаза в зависимости от климатических, хозяйственных и конструктивных параметров.

2, Выведена теплотехническая модель накопительной био
энергетической установки, согласно которой определяется требуемое
количество теплоты на поддержание режима сбраживания в накопи
тельной биоэнергетической установке.

3. Разработана методика адаптирования естественной мезо-
филыгой метаногенноЙ микрофлоры, заселяющей кишечно-
желудочный тракт крупного рогатого скота к психрофильным усло
виям.

Практическая ценность. Разработана методика адаптирования естественных мезофильных метаногенных микроорганизмов, заселяющих кишеч-но-желудочный тракт крупного рогатого скота к психрофильным условиям. Показана возможность работы биоэнергетической установки анаэробного метанового сбраживания бесподстилочного навоза крупного рогатого скота в накопительном психрофильном режиме, как наиболее подходящем способе переработки в условиях Республики Саха (Якутия).

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены на: III республиканской научно-практической конференции «Будущее якутского села», состоявшейся 6 апреля 2000 г. в Якутской ГСХА; региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы АПК», 26 февраля по 2 марта 2001 г. в Иркутской ГСХА; региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы механизации сельского хозяйства», 2002 г.; республиканской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы подготовки специалистов для промышленно-хозяйственного комплекса Республики Саха (Якутия)», 24 января 2003 г. в Якутском ГИТИ; республиканской научно-практической конференции «Вузовская наука — основа подготовки агроспециалистов», 27 -28 марта г. Якутск; в Восточно -

10 Сибїфском ГТУ, 12 ноября 2003 г.; в Бурятской ГСХА, 14 ноября 2003 г.; в

Красноярском ГАУ, 10 декабря 2003 г\

Публикация. По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ общим объемом 1,2 печатных листов.

Внедрение. По результатам диссертационной работы внедрена лабора-торная установка для проведения практических занятий на кафедре механизации и электрификации сельскохозяйственного производства Якутской ГСХА. Рекомендации к внедрению в производство приняты Управлением сельского хозяйства Чурапчинского улуса и Министерством сельского хозяйства Республики Саха (Якутия).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Она включает 7 таблиц, 31 рисунок, 5 приложений. Список литературы включает 136 наименований, из них 6 на иностранных языках.

Подобные работы
Велез Деже
Обоснование технологических параметров биогазовых станций по анаэробной переработке навоза ферм крупного рогатого скота (применительно к условиям Венгрии)
Ланцев Владимир Юрьевич
Совершенствование технологии утилизации отходов обрезки в слаборослых садах с обоснованием параметров измельчителя
Никольский Андрей Евгеньевич
Повышение эффективности процесса производства удобрений из отходов животноводства аэробной ферментацией в установках закрытого типа путем разработки технологии и технических средств утилизации газовых выбросов
Омаров Асан Кайырбекович
Обоснование технологического процесса разведения жидкого навоза крупного рогатого скота с использованием фильтрующей центрифуги
Басыров Владимир Сергеевич
Совершенствование технологической линии уборки и транспортировки навоза в помещениях для содержания крупного рогатого скота на 50-100 голов
Алик Антон Янович
Совершенствование технологических процессов на фермах крупного рогатого скотаусловиях Латвийской ССР)
Тагоймуродов Алимурод
Повышение эффективности технологии производства картофеля путем рационального использования топливно-энергетических ресурсов в условиях Республики Таджикистан
Сулейманов Сулейман Абдулвахидович
Совершенствование технологии щелевания почвы в условиях Республики Дагестан с использованием рабочего органа автоколебательного действия
Имад Саад Саиед Белаль
Разработка мероприятий по повышению эффективности использования биогаза в условиях Республики Судан
Хабибов Сулейман Рашадович
Эффективное использование комбинированной отвальной почвообработки с рыхлением в условиях Республики Дагестан

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net