Анаэробная переработка органических отходов животноводства в биореакторе с барботажным перемешиванием

• Автор: Костромин, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Йошкар-Ола
• Количество страниц: 183 с. : ил.

1.1 Современное представление о технологии анаэробной переработки органических отходов животноводства.

1.2 Физикохимические свойства органических отходов животноводства,

как субстрата анаэробной переработки

1.3 Анализ конструктивных элементов биогазовых установок

1.4 Методы интенсификации анаэробной переработки

органических отходов животноводства.

1.5 Краткий обзор работ и закономерностей описания физических и микробиохимических процессов в биореакторе с барботажным перемешиванием
1.6 Выводы

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БАРБОТАЖНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СУБСТРАТА.

2.1 Моделирование процесса барботирования.

2.1.1 Физическая модель образования и движения барботажных пузырьков.

2.1.2 Математическая модель обтекания субстратом пузырьков биогаза
2.2 Исследование процесса теплообмена сбраживаемого субстрата
в условиях барботажного перемешивания.
2.3 Математическое моделирование ингибирующих процессов
в сбраживаемом субстрате
2.4 Тепловой баланс биореактора.
2.5 Выводы.
ГЛАВА 3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Программа исследований
3.2 Условия и место проведения экспериментов
3.3 Методика определения свойств сбраживаемого субстрата
3.4 Экспериментальная установка и методика исследования процесса анаэробного сбраживания субстрата в условиях барботажного перемешивания
3.5 Методика количественного химического анализа сбраживаемого субстрата
3.5 Методика оценки энергоэффективности процесса анаэробного сбраживания
3.6 Математическая обработка результатов экспериментальных исследований
3.7 Выводы.
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
4.1 Влияние температуры и концентрации сухого вещества на кинематичссую вязкость и поверхностное натяжение сбраживаемого субстрата
4.2 Результаты исследования распределения температуры в сбраживаемом субстрате в процессе теплообмена в биореакгоре.
4.3 Результаты исследования влияния барботажного перемешивания сбраживаемого субстрата на интенсивность теплообмена в биореакторе.
4.4 Результаты исследования протекания биохимических процессов при сбраживании.
4.5 Энергетическая эффективность биореактора с системой барботажного перемешивания.
4.6 Лабораторнопроизводственные испытания биогазовой установки с системой барботажного перемешивания.
4.7 Выводы
ГЛАВА 5. ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА КРС С ПРИМЕНЕНИЕМ БАРБОТАЖНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ


В процессе анаэробной переработки участвуют пять групп бактерий рисунок 1. К группе 1 относятся ферментативные бактерии, представленные в основном родами i, i, , ii и т. Ы 6,,6. Бактерии выделяют в среду биологические катализаторы экзоферменты, при участии которых и осуществляется гидролиз и перевод твердых нерастворимых соединений в растворимое состояние. Предпосылкой беспрепятственного размножения бактерий служит наличие питательной среды, которая содержит как углерод и кислород, для обеспечения этого процесса энергией, водород, азот, серу и фосфор для образования белка, так и щелочные металлы, железо и микроэлементы. При этом эффективность роста бактерий в значительной мере определяется соотношением углерода и азота. Наиболее благоприятные условия соответствуют значениям . Произвольные харк герметики субстрата. I I I V
ъ 3 с а о а с. IX 8. Я О О i. Рисунок 1. Технологические факторы метаногенерации. В процессе биометаногенеза участвуют пять групп бактерий, вследствие чего, необходимо всегда рассматривать не отдельные группы бактерий, а все сообщество в целом. Эффективность сбраживания в таком сообществе зависит не только от деятельности организмов, участвующих в данной реакции, но и от жизнедеятельности бактерий, потребляющих продукты этой реакции. Бактерии, работающие на разных стадиях, имеют свои морфологические и физиологические особенности, выражающиеся в разных скоростях роста, чувствительности к и СЬ и др. Все это играет большую роль в создании сбалансированной, эффективно работающей системы. Поэтому при разработке технологических режимов сбраживания органического вещества с целью его переработки с получением биогаза учитывают основные факторы, влияющие на этот процесс. Факторы тем или иным образом влияющие на процесс делятся на несколько категорий а обязательные б постоянные во времени в контролирующие г управляющие д произвольные рисунок 1. К факторам Табл. Таблица 1. Для обеспечения стабильности сбраживания и исключения потери устойчивости между этапами сбраживания, должен поддерживаться строго определенное балансовое равновесие технологических параметров. Анализ существующих форм описания микробиотехнологических процессов показал 4, что производительность метанового брожения характеризуется изменением во времени нарастающего количество конечного продукта биогаза. Ф, 1. Уравнение 1. АС, 1. АС движущая сила процесса. Для микробиотехнологических процессов, в частности для анаэробов, движущая сила процесса определяется концентрацией вещества, потребляемого в лимитируемой реакции. Текущая концентрация этого вещества зависит от концентрации органического вещества в сбраживаемой среде. В условиях сельскохозяйственного производства, в отличие от сбраживания сточных вод, концентрации органического вещества является величиной постоянно и зависит лишь от технологии содержания животных. Из чего следует, что производительность процесса анаэробной переработки определяется константой скорости процесса. Константа скорости процесса выражает зависимость скорости процесса от его физических характеристик. Т температура, К. Анализ уравнения 1. Результаты исследований ряда ученых показывают, что для процесса важна стабильная температура сбраживания, а изменение температуры влияет не только на скорость процесса, но не на количественный состав образующихся продуктов 8. Наибольшее практическое применение получил термофильный режим С сбраживания, ввиду его максимального энергетического эффекта. В средней части России, в виду сложных климатических условий, в основном применяется менее энергоемкий мезофильный режим С . Гак же для северных территорий разработана технология с применением психофильного режима С сбраживания . Однако, к перепадам температуры, в особенности к се внезапным понижениям, микроорганизмы всех 1рупп весьма чувствительны и реагируют на это снижение метаболической активности и способности к воспроизведению. Анализ источников показал, что при термофильном режиме допустимое колебание температур 1 С, а при мезофильном 2,8 СС.