Технология анаэробной переработки навоза крупного рогатого скота в накопительном режиме

• Автор: Васильев, Филипп Александрович
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 184 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Методы и способы переработки навоза крупного рогатого скота, с максимальным извлечением заложенного в нем природного потенциала в условиях Восточной Сибири
1.2 Технологии анаэробной переработки навоза крупного рогатого скота
1.3 Технологии анаэробного сбраживания навоза крупного рогатого скота
1.4 Моделирование процесса анаэробного сбраживания навоза
крупного рогатого скота
1.5 Цель и задачи исследования
ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Кинетика процесса анаэробного сбраживания в накопительном режиме
2.2 Естественное перемешивание в биореакторе
ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Общая методика проведения экспериментальных исследований
3.2 Планирование и методика проведения поисковых опытов
3.3 Планирование и методика проведения основных лабораторных экспериментов
3.4 Планирование и методика экспериментов по изучению агрономической эффективности жидких анаэробно сброженных органических удобрений

3.5 Частные методики проведения экспериментальных исследований
3.6 Математическая обработка результатов экспериментальных исследований
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1 Результаты проведения поисковых опытов
4.2 Результаты экспериментальных исследований в накопительном режиме с дифференцированной дозой загрузки
4.3 Результаты экспериментальных исследований по изучению агрономической эффективности жидких анаэробно сброженных органических удобрений
ГЛАВА 5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АНАЭРОБНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА В НАКОПИТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ
5.1 Предлагаемая технология анаэробной переработки навоза КРС в накопительном режиме с дифференцированной дозой загрузки
5.2 Методика технологического расчета линии анаэробной переработки навоза крупного рогатого скота в накопительном режиме
5.3 Экономическая эффективность технологии анаэробной переработки навоза крупного рогатого скота в накопительном режиме
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Повышение плодородия почвы и соответствующий рост урожайности сельскохозяйственных культур связан с применением органических удобрений. Внесение органических удобрений способствует улучшению физико-химических свойств почвы - увеличению запаса питательных веществ, понижению кислотности, повышению поглотительной способности и буферности, влагоемкости, скважности и водопроницаемости, обогащению почвы микрофлорой, усилению её биологической активности и созданию оптимальных условий для минерального питания растений. Одним из традиционных видов органических удобрений является навоз крупного рогатого скота. Он содержит все питательные вещества, в которых нуждаются растения. Значимость навоза крупного рогатого скота как удобрения подтверждается тем, что в тонне содержится примерно 4 кг азота, 2,5 кг фосфора и 4 кг калия. С другой стороны навоз скота может являться агрессивным источником загрязнения окружающей среды, в виду его инвазионного и инфекционного потенциалов. Поэтому недостаточно отработанные технологии переработки навоза КРС вызывают экологические, социальные и экономические издержки, затрудняющие функционирование ферм.
В современных условиях истощения традиционных энергетических ресурсов (нефти, природного газа и др.), значительном повышении себестоимости их добычи и транспортировки, возникла проблема изыскания надежных, альтернативных и по возможности дешевых, постоянно возобновляемых источников энергии. Так вопросы создания технологий выработки альтернативных видов энергии приобретают особое значение. Разработка научных методов и технологий энергосбережения, получения энергии и топлива должна одновременно решать проблемы охраны и улучшения состояния окружающей среды, защиты биосферы от химических и тепловых загрязнений.
Известно, что энергия, заключенная в кормах, потребляемых скотом, не полностью перерабатывается и используется организмом животного. Значительная её часть выделяется с навозом. Это обуславливает энергетическую и
где X - концентрация микробной популяции, кг/м3;
?-время, сут.
При недостатке питания в среде удельная скорость роста микробной популяции пропорциональна скорости потребления субстрата. При наличии достаточного питания в среде для микроорганизмов удельная скорость достигает своего максимума - дтах, которая является постоянной величиной.
Моно обобщил уравнение (1.1) для всей растущей популяции микроорганизмов, допустив тем самым, что одна биохимическая реакция определяет скорость всего клеточного метаболизма [25]. Так в стационарных условиях количество вещества, проходящее через отдельные стадии процесса, должно быть одинаково, поэтому скорости отдельных реакций метаногенеза должны быть равны. Причем скорость процесса анаэробного сбраживания определяется скоростью самого медленного этапа (реакции) - метанообразования. Это можно объяснить тем, что при ферментации углеводов и белков на стадии кислотообразования высвобождается больше энергии, чем при ферментации уксусной кислоты и жирных кислот с длинной цепью на стадии метанообразования [54]. Этот принцип, разработанный Н.Д. Иерусалимским, получил название «принцип минимума» [126]. В стационарных условиях принцип минимума позволяет следить только за ключевой реакцией и не учитывать множества других побочных реакций процесса. Принцип «узкого места», контролируемого лимитирующим субстратом 5, стал отправной точкой при построении многих математических моделей метанового сбраживания [25].
Иерусалимский, применил принцип «узкого места» для процессов ингибирования (торможения) роста микроорганизмов продуктами обмена и показал, что удельная скорость роста в зависимости от концентрации ингибирующего продукта имеет вид [25, 115]:
где Кр- константа реакции, численно равная концентрации продуктов об-мена при которой скорость реакции замедляется в 2 раза, кг/м';