Биотехнологический комплекс по переработке органических отходов крупного рогатого скота

Комплексная переработка вторичного сельскохозяйственного сырья растениеводства и животноводства в настоящее время приобретает острый социальный интерес в связи с тем, что органические отходы и фекальные стоки животноводческих ферм, с одной стороны, представляют собой высококачественное органоминеральное сырье, а с другой стороны, существенно загрязняют окружающую среду.

защита 2014 год, оценка - отлично, сельскохозяйственный вуз ...

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ, ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОГРАММА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Цель и задачи исследования
1.2. Характеристика объекта исследования
1.3. Концентрирование и разделение водно-солевых растворов методом криогенного фракционирования
ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Исследование состава, свойств и параметров технологического процесса подготовки исходного сырья
2.2. Исследование технологического процесса получения биогаза и биошлама
2.3. Исследование состава и режимов процесса получения биоминеральных удобрений и деминерализованной воды
2.4. Исследование состава, свойств и режимов процесса получения биоорганический удобрений (биогумуса)
2.5. Исследование режимов процесса биологической очистки фекальных сточных вод
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ

На современном этапе развития общества указанные проблемы рационального использования вторичного сельскохозяйственного сырья, производства биоорганических и биоминеральных удобрений, очистки промышленных и сельскохозяйственных фекальных стоков и обеспечение экологической безопасности природной среды требуют своего решения в связи с острой нехваткой разрабатываемых природных ресурсов, низкой эффективностью технологических процессов их переработки и техногенным загрязнением окружающей среды.

Ленина расположен вблизи села Киевка на территории Апанасенковского района Ставропольского края.Площадь сельскохозяйственных угодий составляет 20746 га, в том числе пастбища занимают 5786 га, пашня – 14960 га.Сельскохозяйтсвенное предприятие специализируется на выращивании (откорме) сельскохозяйственных животных – крупного рогатого скота (КРС) пород коров: Казахская белоголовая (приложение 1) и манычская.Объектом исследования в дипломной работе являются органические отходы КРС (навоз).Навоз – важнейшее органическое удобрение. В его составе находятся все основные питательные вещества, необходимые растениям, поэтому его называют полным удобрением.При правильном использовании навоз дает высокий эффект во всех зонах страны и на всех типах почв. Навоз повышает урожай сельскохозяйственных культур не только в год внесения, но и оказывает значительно последействие, обеспечивая суммарную прибавку урожая 4-5 культур севооборота. Каждая тонна внесенного в почву навоза дает за время его действия прибавку урожая сельскохозяйственных культур, равную 1 ц.В приложении 2 приведен состав свежего навоза КРС при использовании соломенной подстилки.Средняя суточная норма подстилки соломы злаковых на 1 голову составляет для коров 4-6 кг.Примерное количество навоза (т), получаемого от одной головы КРС за год составляет 7-8 т при продолжительности стойлового периода 200-220 дней. При хранении на воздухе в навозе под влиянием микроорганизмов происходит разложение азотистых и безазотистых органических веществ с образованием газообразного аммиака. Мочевина под действием фермента уреазы, выделяемого уробактериями, превращается в углекислый аммоний, который легко распадается на аммиак, углекислоту и воду:(NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2ОПри доступе воздуха разложение происходит до углекислоты и воды и сопровождается повышением температуры навоза до 50-70°С.В анаэробных условиях клетчатка разлагается с образованием углекислоты и метана. Эта реакция положена нами в основу технологического процесса переработки навоза КРС на лабораторной экспериментальной установки.1.3. Концентрирование и разделение водно-солевых растворов методом криогенного фракционированияВ настоящее время существует несколько способов концентрирования или разделения сложных растворов на индивидуальные: криогенный, эбуллиоскопический, хроматографический, химический и другие.В нашем проекте мы использовали метод криогенного фракционирования (способ деминерализации воды вымораживанием). Этот метод основан на различии температур замерзания растворов с разной концентрацией солейи разделении солевого концентрата на фракции, в результате размораживания твердой водно-солевой смеси.При повышении температуры солоноватого льда процесс протекает в обратном порядке: прослойки (ячейки) с незначительными примесями солей во льду опять становяться жидкими, и вновь переходят в раствор.Было установлено, что солоноватые ячейки во льду начинают таять уже при отрицательной температуре и при ее достижении до - 7°С большинство солей переходит в жидкое состояние. Пресные же кристаллы льда при этой температуре остаются в твердом состоянии. Чтобы лед содержал соли не более 100 мг/дм3 и отношение пресного к общему количеству замороженного льда, а коэффициент полезного действия процеса был наибольшим, его размораживание проводили при темпертуре, близкой к -7°С.В нашем проекте мы с помощью криогенного фракционирования очищали жидкие органические отходы крупного рогатого скота. Мы брали 8 пластмассовых бутылок емкостью по 2 литра. В них мы наливали по 2 литра жидких органических отходов сельскохозяйственных животных и замораживали.При замерзании жидких органических отходов КРС первоначально выделяются кристаллы чистого льда, а водно-солевой раствор повышенной концентрации солей размещаются в полостях между этими кристаллами. При этом исходный раствор при замерзании разделяется на чистый (пресный) лед и на насыщенный солями рассол.После того, как растворы замерзали, мы размораживали каждую бутылку с замороженными органическими отходами КРС на 3 фракции. Так как, при повышении температуры в замороженных растворах сначала оттаивают солевые прослойки, а затем только чистый лед, то у нас получалось, что от первой фракции до третьей фракции концентрация солей уменьшалась.После того, как все растворы мы разделили на 3 фракции, мы проводили физико-химический анализ всех фракций кондуктометрическим, потенциометрическим и денситометрическим методами.ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙПодстилочный навоз КРС был взят на исследование с животноводческой фермы СХП ОАО «Колхоз-племзавод имени Ленина» Апанасенковского района Ставропольского края.В настоящей главе рассматриваются результаты исследований состава и свойств лабораторных образцов товарной продукции, полученной при переработке навоза КРС согласно технологической схеме лабораторной установки, разработанной и смонтированной в инновационной лаборатории кафедры экологии и ландшафтного строительства Ставропольского государственного аграрного университета.Лабораторный биотехнологический комплекс включает следующие основные технологические блоки: подготовка исходного сырья, получение биогаза и биошлама, получение биоминеральных удобрений и деминерализованной воды, получение биоорганических удобрений – биогумуса, биологическая очистка сточных вод.2.1. Исследование состава, свойств и параметров технологического процесса подготовки исходного сырья Технологический блок подготовки исходного сырья лабораторного биотехнологического комплекса является блоком приёмки и обработки подстилочного навоза КРС, поступающего с фермы ОАО «Колхоз-племзавод им. Ленина» Апанасенковского района Ставропольского края.Подготовка исходного сырья осуществляется в соответствии с блок-схемой, представленной в приложении 3.В приложении приведен состав свежего подстилочного навоза, поступающего в приемник навоза, в приложении 5 - состав отжима навоза (компост), а в приложении 6 - состав фильтрата навоза.Отжим навоза (компост) направляется на получение биоорганических удобрений (биогумуса), а фильтрат навоза на гомогенизацию (вихревое механическое измельчение твердого органического вещества). Гомогенизированная пульпа подается в накопитель пульпы для нагревания и инициирования процесса метанообразования в условиях термофильного температурного режима.Гомогенизировананя пульпа характеризуется следующими показателями: влажность – 70-80%, об., температура – 38-42 °С, размер твердых частиц органического вещества – 0,1-0,3 мм, рН среды – 6,8-7,5. В процессе гомогенизации пульпы протекает процесс дегазации. Отходящие газы (сероводород, аммиак и другие) нейтрализуются поглотительными растворами с образованием солей CaCO3 и NH4Cl.2.2. Исследование технологического процесса получения биогаза и биошламаБиогаз образуется в результате анаэробного разложения непрерывно поступающей предварительно подготовленной пульпы в лабораторный биореактор непрерывного действия. Оптимизация технологических режимов и стабилизация условий протекания анаэробного процесса деградации органического вещества в биореакторе обеспечивают его переработку до 20% его содержания в пульпе при продолжительности непрерывного процесса в течение до 28 часов.В приложениях 7-10 приведены протоколы испытаний навоза КРС (приложение 7), отжима (компоста) навоза (приложение 8), фильтрата (экстракта) навоза (приложение 9), пульпы (приложение 10).Технологический блок получения биогаза и биошлама лабораторной установки является вторым блоком переработки ферментизированной пульпы в биогаз и биошлам, блок-схема которого представлена приложении 11.2.3. Исследование состава, свойств и режимов процесса получения биоминеральных удобрений и деминерализованной воды Основными этапами осуществления процесса криофракционирования являются: кристаллизация, разделение полученной суспензии льда и концентрированного раствора, промывка кристаллов льда и его плавление. На стадии кристаллизации наиболее важным технологическим параметром является температура замораживания, которая определяет скорость роста кристаллов льда и их размеры.Процесс кристаллизации осуществляется в две стадии: льдообразование на охлаждаемой поверхности и массовая кристаллизация в объеме охлаждаемого раствора ΔТкр составляет 7-15°С.Получение биоминеральных удобрений и деминерализованной воды осуществляли в соответствии с блок-схемой, представленной в приложении 12.В приложении 13 приведен состав твердых биоминеральных удобрений (тип NPK).2.4. Исследование свойств и режимов технологического процесса получения биоорганических удобрений (биогумуса)Процесс получения биогумуса состоит из следующих основных этапов: приготовление субстрата для червей; заполнение субстратом технологической тары для вермикультивирования; внесение червей в тару с субстратом; удаление вермикомпоста; удаление избыточной биомассы червей.Технологический блок получения биоорганических удобрений представлен в приложении 14.В приложении 15 приведен состав биогумуса. Суточный выход биогумуса составляет 0,3 дм3.2.5. Исследование режимов процесса биологической очистки фекальных сточных водТехнологический блок биологической очистки сточных вод и получение биомассы растения «Эйхорния» представлен в приложении 16.Эйхорния, водяной гиацинт (Eichornia crassipes) многолетнее травянистое водное растение семейства понтедериевых было поставлено для опытов Государственным научным учреждением «Ставропольский ботанический сад имени В.В.Скрипчинского» СНИИСХ РАСХН. Разведение растений было реализовано в биопруде (приложение 17) в количестве 100 экземпляров.Биомасса эйхорнии может быть использована также для получения биогаза и биогумуса.При соответствии нормам выращенная растительная масса может быть использована в зеленом виде на корм свиньям, птице, нутриям, овцам, козам, а также для приготовления обезвоженных кормов как высококалорийная добавка к рациону всех видов животных и птиц. Каждый гектар поверхности прудов-отстойников за сезон может дать от 250 до 500 тонн зеленой массы, или (в пересчете) 25-50 тонн сухого витаминного корма. Добавление эйхорнии в рацион способствует большему усвоению основного корма животными и птицами: - 10%-ная добавка зеленого корма эйхорнии к основному корму свиней способствует повышению усвоения ими основного рациона; - при аналогичной добавке поедаемость основного корма нутриями увеличивается на 10-15%, а усвояемость его - на 7-10%; - 10%-ная добавка зеленого корма к основному корму уток обеспечивает повышение яйценоскости на 10-12%. Исследование состава и свойств эйхорнии проводили в ФГУ ГЦ агорономической службы «Ставропольский» (г.Михайловск, Ставропольский край).В приложении 18 приведен состав биомассы растения эйхорнии. ЗАКЛЮЧЕНИЕПо результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:1.