Разработка технологии и оборудования для переработки биоорганических отходов

• Автор: Спиридонова, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 163 с. : ил.

РЕФЕРАТ
Диссертация изложена на 146 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и трех приложений. Содержит 8 таблиц и 57 рисунков. Список использованной литературы включает в себя 99 наименований из них 9 на иностранном языке.
Ключевые слова: БИОМАССА, ПЕРЕРАБОТКА, ОРГАНИЧЕСКИЙ СУБСТРАТ, АНАЭРОБНОЕ СБРАЖИВАНИЕ, СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ, МИКРОБИОЛОГИЯ, БИОГАЗ, МЕТАН, ОРГАНИЧЕСКОЕ УДОБРЕНИЕ, ТЕХНОЛОГИЯ, СПОСОБ, МЕТАНОТЕНК, КАМЕРА, КОНСТРУКЦИЯ, ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬС, КУРИНЫЙ ПОМЕТ, НАВОЗ, РАЗРЯДНИК, ЭЛЕКТРОД, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ, ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД, ИНИЦИИРОВАНИЕ, КОНЦЕНТРАЦИЯ, СПЕКТР МУТНОСТИ, ИОННЫЙ ОБМЕН.
Работа посвящена разработке и теоретическому обоснованию способа инициирования процесса анаэробного сбраживания с использованием высоковольтного импульсного разряда.
Объект исследования - водный органический субстрат при анаэробном сбраживании и технологическая оснастка, обеспечивающая этот процесс.
В диссертации проведен анализ существующих способов анаэробного сбраживания и сделан вывод о малой эффективности известных процессов ввиду их значительной энергоемкости и сложности поддержания заданных технологических параметров.
Теоретические исследования процесса высоковольтной импульсной обработки позволили описать механизм формирования высоковольтного импульсного разряда в водном органическом субстрате и его влияние на кинетику разложения твердых составляющих субстрата.
Экспериментально отработаны основные технологические режимы предлагаемого способа переработки водного органического субстрата, разработана оригинальная технологическая оснастка и технологическое оборудование.
Производственные испытания нового способа показали его эффективность при внедрении в промышленную технологию анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства. Дана оценка экономической эффективности использования предлагаемого способа инициирования процесса анаэробного сбраживания.

СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Обзор существующих и перспективных технологических решений
по переработке биоорганической массы
1.2. Особенности синтеза и технологии анаэробного сбраживания водного органического субстрата (на основе куриного помета)
1.3. Анализ и перспектива использования электроимпульсной обработки в агропромышленном комплексе
1.4. Анализ конструкций биогазовых установок
1.4.1. Особенности конструкций установок отечественного производства
1.4.2. Зарубежный опыт по использованию технологического био-газового оборудования
1.4.3. Классификация биогазовых установок
1.5. Постановка вопроса, цель и задачи исследований
1.6. Выводы
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ НА ПРОЦЕСС АНАЭРОБНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ВОДНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО СУБСТРАТА
2.1. Теоретические представления процесса высоковольтной обработки водного органического субстрата
2.2. Математическая модель формирования электрического разряда в водном органическом субстрате
2.3. Явление фазового перехода органических частиц в водном субстрате под действием высоковольтного импульсного разряда
2.4. Моделирование процесса анаэробного сбраживания
2.5. Механизм кинетики разложения составляющих водного субстрата
2.6. Выводы
3. МЕТОДИКИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Методика трансмиссионно - резонансной КВЧ/СВЧ радиоспектроскопии
3.2. Методика потенциометрии для определения pH
3.3. Методика определения гранулометрического состава
3.4. Методика определения спектра мутности

3.5. Методика измерения пористости и удельной поверхности органического вещества
3.6. Методика микробиологических исследований
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ
4.1. Анализ исследований трансмиссионно-резонансной КВЧ/СВЧ радиоспектроскопии
4.2. Определение pH водного органического субстрата
4.3. Определение гранулометрического состава
4.4. Определение спектра мутности
4.5. Результаты исследований пористости и удельной поверхности органического вещества
4.6. Микробиологическое исследование водного органического субстрата
4.7. Анализ фазового перехода органических частиц в водном субстрате
4.8. Выводы
5. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ ИМПУЛЬСНЫМ РАЗРЯДОМ ВОДНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО СУБСТРАТА И РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ
5.1. Разработка устройства для высоковольтного импульсного разряда .
5.1.1. Основные требования, предъявляемые к высоковольтной части устройства
5.1.2. Обоснование электрической схемы высоковольтной части устройства
5.1.3. Разработка универсального разрядника
5.1.4. Особенности эксплуатации оборудования
5.2. Экспериментальная биогазовая установка для переработки водного органического субстрата с использованием высоковольтного импульсного разряда
5.3. Результаты производственных испытаний
5.4. Рекомендации по технологии обработки водного органического субстрата при анаэробном сбраживании с использованием высоковольтного импульсного разряда
5.5. Технико-экономическая эффективность обработки водного органического субстрата высоковольтным импульсным разрядом
5.6. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

В настоящее время принцип сбраживания в траншее с наклонным дном и плавающей крышкой получил развитие в США [6]. Бродильная камера подобного типа представлена на рис. 1.13.
Она позволяет обрабатывать большие количества субстрата. В качестве строительного материала используют, как правило, бетон.
1.4.3. Классификация биогазовых установок
В настоящее время для очистки и переработки промышленных и сельскохозяйственных стоков широко используются биогазовые установки для анаэробного сбраживания различных конструкций. Анализ конструктивных решений позволил классифицировать биогазовые установки по различным признакам, которые представлены на рис. 1.14. Предлагаемая структурная схема включает в себя наряду с известными способами обработки — электрофизические методы. Включение новых нетрадиционных методов обосновано, т.к. подтверждено теоретическими и экспериментальными исследованиями. Классификация дает наглядное представление о существующих и предлагаемых методах переработки биоорганических отходов, а также конструктивных особенностях установок. Структурная схема окажет неоценимую помощь и в учебном процессе, поскольку сведения об отдельных достижениях и разработках очень скудны и разбросаны по многим литературным источникам.
Для инициирования процесса метановой ферментации, биогазовые установки оснащаются нагревательными устройствами. Чтобы получить необходимую для процесса брожения температуру и по возможности поддерживать ее на постоянном уровне, следует, прежде всего, обеспечить подогрев подаваемого в реактор субстрат до заданной температуры, а также дополнительный подвод тепла необходимого для компенсации тепловых потерь. В принципе теплоту можно подводить к субстрату в рабочем пространстве реактора или в питающем его устройстве. Поскольку перепады температуры отрицательно влияют на ход биологического процесса, необходимо по возможности сочетать подвод теплоты с интенсивным перемешиванием.