Повышение эффективности технологии анаэробной переработки биоотходов применением электротехнического устройства контроля pH

• Автор: Евстафьев, Денис Петрович
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 181 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Обоснование основного контролируемого параметра

1.2. Особенности технологии анаэробной переработки бноотходов

1.3. Анализ физико-механических свойств и химического состава бноотходов

1.4. Обзор существующих способов измерения pH

1.5. Постановка задач исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ pH

2.1. Методика исследования
2.2. Основы дисперсного анализа
2.3. Модель измерительной ячейки
2.4. Теоретическое обоснование параметров электротехнического устройства контроля pH биоотходов
2.4.1. Теоретическое обоснование параметров первичного преобразователя при днэлькометрнческом контроле pH бноотходов
2.4.2. Теоретическое обоснование параметров вторичного преобразователя и выбор электрической схемы электротехнического устройства контроля pH бноотходов
2.5. Выводы но главе
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ pH В ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
3.1. Методика исследования
3.2. Разработка электротехнического устройства контроля pH биоотходов
3.3. Испытание электротехнического устройства контроля pH биоотходов в лабораторных и производственных условиях
3.3.1. Испытание электротехнического устройства контроля pH биоотходов в лабораторных условиях
3.3.2. Результаты экспериментальных исследований на 4-реакторной Б ГУ
3.3.3. Испытание ЭУК pH биоотходов в БГУ-1,25 м3 в
производственных условиях
Выводы по главе
4. ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО
УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ
Выводы по главе
ОЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследований. Всё большее внимание в мире уделяется использованию биоотходов для производства биогаза и эффлюента путем анаэробного сбраживания. По оценкам аналитиков, рынок биогаза продолжает стремительно развиваться, замещая другие энергоносители в общей структуре энергетического баланса ряда стран. Актуальность развития данной технологии не подлежит сомнению, так как потребление энергии к 2030 г. возрастет на 60 %, что потребует увеличения производства различных видов энергоносителей [43]. Так, страны ЕС уже к 2020 г. планируют выйти на объемы производства биогаза, эквивалентные 36,29 млрд м3 природного газа.
Объемы выхода биоотходов в РФ составляют 250 млн т, из которых 150 млн т приходится на животноводство и птицеводство, а 100 млн т — на растениеводство. Если весь вырабатываемый из биоотходов биогаз будет перерабатываться в V когенерационных установках, то это позволит на четверть обеспечить суммарные потребности экономики в электроэнергии, на 15 % — в тепловой энергии, на 14 % - в природном газе или же полностью обеспечить сельские районы газом и тепловой энергией.
В РФ, владеющей достаточным количеством сравнительно дешевых природных энергоносителей, потребителями биогаза могут стать удаленные сельхозтоваропроизводители, имеющие естественную сырьевую базу и крайне низкую доступность к централизованным энергосетям [74], а также испытывающие большую потребность в экологически чистых дешевых биоудобрениях.
Эффективность использования технологии анаэробного сбраживания оценивается тремя параметрами: энергетическим, производством удобрения и экологическим [18]. Наиболее требовательным к совершенству технологии является энергетический параметр, который определяется удельным (общим) объёмным выходом биогаза из различных видов биоотходов при определённых значениях параметров технологического процесса (ТП). Для достижения

1.4 Анализ существующих способов измерения pH
Современное производство немыслимо без строгого контроля и регулирования технологических процессов. Быстрое и точное определение параметров анализируемой среды является залогом получения максимального количества конечного продукта надлежащего качества. Практически нет такой области промышленности, где не требовался бы контроль pH [40, 41, 42, 44, 45]. Концентрация ионов водорода в растворе - один из важнейших технологических показателей, учитываемых при контроле в бродильных производствах, анаэробной технологии получения биогаза и эффлюента из биоотходов, так как от него зависят скорость и эффективность процессов сбраживания, активность и жизнедеятельность микроорганизмов, влияющих на выход и качество вырабатываемой продукции. Оптимум действия всех микроорганизмов проявляется при строго определенном значении pH, а при отклонении от него скорость всех биохимических процессов значительно уменьшается [58, 163]. Для этого широко применяются различные методы измерения.
Все методы определения pH можно разделить на две большие группы: химические и инструментальные (электрометрические) (рисунок 5) [55,97,92,100,168].
По способу применения методы подразделяют на прямые, позволяющие определить количество ионов путем выделения их из раствора, и косвенные, основанные на изучении зависимости изменения каких-либо физических величин от изменения содержания различных компонентов в растворе. К прямым методам относятся химические, предполагающие использование химических реактивов, а к косвенным - инструментальные, среди которых можно выделить электрические. По природе источника электрической энергии электрические методы делятся на методы без наложения внешнего потенциала (потенциометрия и ионометрия) и методы с наложением внешнего потенциала (кондуктометрия и диэлькометрия) [97]. Рассмотрим каждый метод подробнее.