Топливные брикеты из навоза: делаем топливо из экскрементов животных своими руками
Использовать навоз в качестве топлива для костров кочевые племена начали еще тысячи лет назад.
Именно они обнаружили, что высушенные лепешки из навоза различных животных успешно заменяют довольно дефицитные дрова, которые сложно найти в степях или пустынях.
А тепла, которое создавал этот вид топлива, хватало не только на приготовление еды, но и на обогрев жилищ.
Такой способ использования экскрементов домашних птиц и животных применим и сегодня, ведь он не только позволяет утилизировать огромные навозные кучи, но и снижает траты на покупку других энергоносителей.
Кроме того, зола, остающаяся после прогорания этого топлива, является одним из лучших калийно-фосфатных удобрений, а также прекрасным ощелачивающим средством. Однако максимальную эффективность брикеты из навоза дадут лишь тогда, когда они правильно изготовлены, а отопительный прибор адаптирован для работы на этом топливе.
За счет чего этот материал горит?
Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть кормление животных и происходящие при переваривании пищи процессы.
Любой корм состоит из белков, углеводов, жиров, а при кормлении травой или сеном — и из клетчатки (целлюлозы).
Все эти вещества объединяет одно – их химическая формула содержит углерод и водород. В желудочно-кишечном тракте смешанная с желудочным соком пережеванная пища подвергается ферментации, то есть сложные вещества (биополимеры) распадаются на простые (монополимеры).
При этом часть веществ превращается в соединения, пригодные для впитывания через стенки кишечника и питания клеток всех тканей животного или птицы.
Поэтому превратившаяся в фекалии полностью переваренная пища содержит довольно много простых органических веществ, основой которых являются водород и углерод.
После удаления воды, доля которой составляет 50–90 процентов, остается смесь органических и неорганических веществ с довольно высокой калорийностью, а значит и теплотворной способностью.
По этому параметру экскременты птиц или животных в высушенном состоянии как минимум не уступают сухим (15–20% влажности) дровам, а возможно и превосходят их. Однако речь идет о соотношении массы и теплотворной способности, поэтому из-за очень низкой плотности сушеный навоз занимает гораздо больше места.
Какой навоз больше подходит для изготовления топлива?
Поскольку готовое топливо является тем же навозом, только имеющим форму лепешки, брикетов или пеллет, то наиболее важным параметром является его влажность.
Чем меньше воды, включая мочу, этот материал содержит, тем больше он подходит для изготовления топлива. Кроме того, большое значение имеет и рацион питания животных или птиц.
Ведь луговая трава и сено обладают меньшей калорийностью, чем солома или зерно, поэтому питание последними делает навоз более теплотворным. При этом порода или даже вид животных или птиц особого значения не имеют, ведь после удаления лишней влаги они будут содержать примерно одинаковое количество органических веществ.
Способы переработки в сухое горючее
Для производства топлива из навоза применяют множество разных способов, однако все их объединяет одно – сформированные топливные брикеты или лепешки тщательно просушивают, причем одним из критериев готовности такого горючего является отсутствие неприятного запаха.
Помимо экскрементов в смесь для изготовления экологически чистого горючего нередко добавляют солому различных растений, благодаря чему возрастает общая теплотворная способность.
О всех существующих способах переработки навоза в топливный материал, в том числе о самых необычных, поговорим ниже.
Сбор подсохших лепешек
Наиболее известный способ заключается в том, чтобы собирать по дороге, где часто ходят животные, лепешки из высохшего естественным образом навоза.
Затем собранный материал несколько месяцев выдерживают в хорошо проветриваемом помещении, после чего его можно использовать в качестве топлива.
Готовый материал отличается очень маленькой плотностью, поэтому его сложно хранить, ведь он занимает очень много места.
Зимний деревенский способ
Еще один способ, который до сих пор применяют исконные жители деревень, заключается в том, что перед началом зимы весь навоз убирают, затем всю зиму он накапливается в месте обитания животных.
Однако этот способ можно использовать лишь там, где предусмотрен качественный отвод жидкости, а также ежедневно подсыпают свежую подстилку.
Постепенно экскременты уплотняются, становясь похожими на твердый пластилин, после чего животных перемещают в один из углов помещения и очищают освободившийся участок от навозной массы.
Для этого ее топором или бензопилой режут на куски необходимого размера, затем вынимают нарезанные бруски и отправляют на просушку, которая занимает 1–3 месяца.
Деревенский способ изготовления, применяемый с весны по осень
Также деревенские жители изготавливали топливо из смеси свежего навоза с камышом, сеном или соломой. Экскременты вываливали в яму, а растительный материал резали или рубили на небольшие куски, после чего тщательно вымешивали будущее топливо ногами.
Когда смесь превращалась в однородную массу, из нее лепили кирпичи или лепешки любой удобной формы и укладывали их на ровной площадке для просушки.
Каждый день все кирпичи переворачивали новой стороной к солнцу, затем складывали из них пустотелые пирамиды.
Через 1–2 недели, когда весь материал терял неприятный запах, его складывали в сараи, где и хранили до зимы.
Сушка на стене сарая
Существует еще один, довольно экзотичный, способ переработки навоза в топливо. Для этого южную сторону сарая оббивают доской, затем свежий навоз или помет мешают с любыми растительными обрезками, формируют из этой массы лепешки и накидывают их на стену.
Через несколько дней (зависит от температуры и погоды) подсохшие лепешки снимают и выкладывают из них пустотелые пирамиды, а на освободившееся место накидывают новые лепешки.
Перед дождем лепешки на стене накрывают пленкой, а подсохшее в пирамидах топливо убирают в сарай. Такую заготовку топлива проводят с первых теплых весенних дней и до глубокой осени.
Сушка с помощью сепаратора
Если топливо нужно получить из навоза, доставленного методом самосплава или гидросмыва, то необходимо пропустить весь материал через шнековый или вальцовый сепаратор.
Если шнековый сепаратор оснастить вращающимся ножом, то на выходе можно будет сразу же формировать пеллеты в виде крупных таблеток.
Оба вида этого оборудования снижают влажность до уровня 40–60%, после чего материал можно прессовать любым доступным способом, например, с помощью станка для изготовления шлакоблоков или кирпича.
Также можно использовать пресс для изготовления топливных брикетов, снизив создаваемое давление до десяти–двадцати атмосфер, или гранулятор для изготовления пеллет, снизив создаваемое им давление до того же уровня.
Сушка с помощью пресса
Для изготовления брикетов потребуется пресс с усилием в несколько десятков тонн и формы из нержавеющей стали или чугуна, причем высота форм должна быть в половину больше толщины брикета.
Кроме того, потребуется матрица, которая будет равномерно распределять усилие пресса по всей площади кирпича, и размер которой по любой стороне на 0,1 мм меньше размера формы. В стенках и днище форм просверливают отверстия диаметром 0,5–1 мм с шагом между отверстиями в 5–15 мм.
Если толщина стенок меньше 1 см, то их желательно укрепить стальными уголками, сделав из них ребра жесткости.
Кроме того, необходимо предусмотреть отвод жидкости, выходящей через отверстия, чтобы она не попадала на землю в месте проведения работ. Ее можно отводить в какую-то промежуточную емкость объемом несколько сотен литров, из которой насосом перекачивать к месту хранения, переработки или утилизации.
Собранный навоз желательно смешать с любым сухим растительным наполнителем, причем нарезать наполнители нужно кусками, длина которых равна половине или двум третям ширины брикета. Такой наполнитель не только увеличит теплотворную способность топлива, но и сделает брикет более крепким.
Готовую смесь загружают в форму, затем устанавливают в пресс и начинают сжимать. Причем значение, до которого нужно двигать матрицу, определяют, исходя из влажности навоза.
Для готовых брикетов оптимальная влажность для такого способа составляет 50–60%, поэтому, зная исходную влажность материала, можно определить, сколько лишней жидкости находится в смеси.
При исходной влажности самосплавного навоза в 90% и добавлении сухого резаного камыша в пропорции 1:1 влажность смеси снижается до значения 70–80%, поэтому нужно удалить 10–30% лишней жидкости.
На прессе или форме делают отметку для отслеживания движения матрицы и при достижении нужной точки перестают сжимать смесь. Затем форму переворачивают и извлекают из нее готовый брикет, который отправляют на просушку.
Как топить, чтобы был максимальный эффект?
Отличительная особенность любого твердого топлива из навоза в невысокой плотности и рыхлой структуре, поэтому кизяк и брикеты или пеллеты горят быстро, с высоким, но не слишком ярким пламенем.
Кроме того, даже в просушенных брикетах уровень влажности редко опускается ниже значения 10%, поэтому дым от них содержит много водяного пара и растворенных в нем кислот.
Сжигать это топливо нужно только в режиме наибольшей тяги, загрузив все горючее сразу или догружая по мере необходимости.
Ограничение подачи воздуха (экономичный режим) приводит к снижению температуры горения и выделению большого объема водяного пара и недогоревшего углерода.
Из-за этого резко возрастает скорость зарастания сажей дымоходов, а на уличной дымоходной трубе оседает насыщенный кислотами конденсат, который не только превращается в корку после высыхания, но и разъедает материал трубы.
Кроме того, размер щелей колосников не должен превышать 20 мм, в противном случае слишком много недогоревшего топлива будет падать в зольник.
Поэтому такое топливо лучше всего подходит для подового горения, то есть для каминов и русских печей.
Кизяк и другие виды топлива из навоза идеально подходят для сжигания в отопительных приборах с системой дожига дыма. В этом случае происходит более полное сгорание, из-за чего повышается температура дыма, а также сокращается количество токсичных веществ в нем, ведь их большая часть образуется из-за неполного сгорания углеводородов.
Если в доме только планируется поставить печь, которая будет работать на таком топливе, то размер топливника нужно делать в 1,2–1,5 раза больше, чем для дров или угля. Это увеличит размеры печи, зато позволит закладывать все горючее за один раз, что благотворно скажется на общем КПД отопительного прибора и состоянии дымоходов.
Если же для отопления используют обычный твердотопливный водогрейный котел, то регулировку температуры лучше проводить не с помощью ограничения подачи воздуха, а установив теплоаккумулятор и отбирая от него нужное количество воды.
Это потребует больших затрат, зато избыточно мощный котел (в 1,5–3 раза больше нормы) и объемный теплоаккумулятор (50–100 л для утепленного дома) позволят даже в холода топить 3–5 раз в неделю. В режиме наибольшей мощности КПД котла максимально, а вся энергия будет запасена теплоаккумулятором, который сможет хранить тепло до 5 дней.
Для котлов с автоматической системой подачи подходят только пеллеты и брикеты, благодаря одинаковым форме и размерам. Регулировку температуры в таких устройствах нужно производить только за счет изменения количества подаваемого топлива, поэтому может потребоваться вмешательство в систему подачи или изменение ее настроек.
Видео по теме
На видео показан процесс изготовления топливных брикетов из навоза с помощью оборудования, сделанного своими руками:
Вывод
Брикеты и пеллеты из навоза являются хорошей альтернативной любым другим видам топлива. Несмотря на несколько меньшую, чем у угля или просушенных до звона дров, теплотворную способность, эти виды сушеного навоза хорошо подходят для любых твердотопливных отопительных приборов.
Использование такого горючего материала не только позволит сэкономить на энергоносителях, но и даст возможность избавиться от медленно гниющих навозных куч.
Источник
Переработка бесподстилочного свиного навоза в кормовые добавки, топливо и концентрированные органические удобрения с применением мембран
В.Л.Кудряшов, канд. техн. наук, зав. лаборатории мембранных технологий
ВНИИПБТ – филиал ФГБНУ «ФИЦ питания и биотехнологии»
Введение. Из-за недостатка собственного производства в РФ ввозится до 40 % сельхозсырья и готовых продуктов питания на общую сумму порядка $ 36 млрд. Наращивание конкурентоспособного производства мясомолочных продуктов возможно только на основе современных наукоемких сквозных аграрно-пищевых технологий позволяющих производить импортозамещающее животноводческое сырье по критерию цена-качество. Они должны обеспечивать низкую себестоимость, безотходность, экологическую безопасность, а также иметь замкнутую систему водопотребления.
Известно, что в животноводческую продукцию переходит только 16,4 % всей энергии кормов, 25,6 % идет на их переваривание и усвоение и больше половины энергии (около 58%) переходит в навоз. Отсюда, он является перспективным крупнотоннажным вторичным сырьем для получения органических удобрений, топлива, биогаза и кормовых добавок.
В РФ образуется до 250 млн.т/год помета, навоза и навозсодержащих стоков. Так как достаточно много животноводческих предприятий не оснащены системами их глубокой переработки и утилизации, то это привело к загрязнению более 2 млн. га земли и серьезным экологическим проблемам.
К н. вр. в мире созданы и используются в различных сочетаниях следующие технологии утилизации свиного навоза
переработка в органические и органоминеральные удобрения;
использование на полив и орошение;
переработка в спецтопливо;
прямое сжигание (или с предварительным биосинтезом в метантенках биогаза) с получением тепла, электроэнергии, горячей воды и ми-неральных удобрений в виде золы;
аэробная очистка в аэротеках и биопрудах;
Медленное создание цехов и линий по переработке навоза объясняется низкой технико-экономической эффективностью созданных к н. вр. технологий и оборудования.
Так, получение удобрений требует больших (например, при компостировании) земельных участков, является длительным и экологически не безопасным способом. При этом норма внесения навоза и помета в почву ограничена из-за торможения в ней биохимических процессов.
Биологические аэробные сооружения являются дорогостоящими и достигают 50 % от инвестиций необходимых для современной свинофермы.
Получение биогаза является взрывоопасным и экономически неэффективным процессом в средней полосе в холодное время года.
Отсюда, навоз и далее накапливается и загрязняет окружающую среду.
Наиболее сложной проблемой является утилизация бесподстилочного свиного навоза (БСН), образующегося при самотечно-сливном способе его удаления, особенно с гидросмывом. При этом, именно он наиболее экологически опасен, потому что одновременно загрязняет почву, грунтовые воды и воздух. Из-за высокой влажности для исключения больших транспортных расходов, например, в случае использования на полив, БСН необходимо предварительного концентрировать.
Цель разработки. Создание на основе баромембранных процессов (БМП) экологически чистой замкнутой технологии переработки БСН в жидкие сиропообразные концентраты для использования в качестве добавок к кормам и топливу, а также в качестве удобрений.
Объект исследования и обоснование применения БМП для переработки жидкого свиного навоза. По обобщенным литературным данным средняя влажность БСН при механическом удалении составляет 90…95 %, — при самотечной гидравлической системе — 96…98 %, — при гидросмыве – 98…99 %. При этом не менее 10% сухих веществ (СВ) составляют взвешенные. Плотность при влажности 92…99 % составляет 1019… 1003 кг/м3.
Гранулометрический состав свиного навоза неоднороден и зависит от половозрастной группы, рациона и способа кормления. При кормлении полнорационным стандартным комбикормом содержание в БСН частиц с размерами 0,05… 1 мм составляет 64%, — с размером более 1 мм – 36 %.
Динамическая вязкость свиного навоза с увеличением влажности от 92 до 98 % уменьшается от 0,23 до 0,002 Па . с, а предельное напряжение сдвига — от 1,7 до 0,2 Па. Удельная теплоемкость в зависимости от влажности изменяется от 3,22 до 1,72 кДж/кг . 0К; рН составляет 6,9 … 7,9.
В СВ бесподстилочного навоза содержится 15…25 % неорганических веществ и 75…85% органических, включающих порядка 23,5 % сырого протеина (в том числе до 50% белка). В БСН входят жиры, углеводы и структурные вещества: целлюлоза, лигнин, клетчатка и гемицеллюлоза. Содержание жизненно важных элементов – азота, фосфора, калия и кальция составляет 0,3…1,0; 0,1…0,7; 0,2…0,8 и 0,1…0,6 %, соответственно. Питательные вещества БСН отличаются повышенной растворимостью.
В БСН содержатся микробы, бактерии (7,1 . 108 КОЕ/мл), вирусы, яйца гельмитов (3…5 шт/л) и жизнеспособные семена сорных растений (8-11 шт/л), представляющие экологическую и агротехническую опасность.
Основной проблемой утилизации БСН (за исключением схем преду-сматривающих производство биогаза) является его высокая влажность. Поэтому, ряд способов его переработки включают стадии выпаривания, которые является чрезвычайно энергоемкими. Правда, некоторая эко-номичность достигается за счет включения в схему теплового насоса.
НИР проведенные совместно специалистами лаборатории мембранных технологий (ЛМТ) ВНИИПБТ и ЗАО «Энергоресурс-СП» показали, что эффективными и перспективными процессами для утилизации жидкого БСН являются инновационные наукоемкие БМП: микрофильтрация (МФ), ультрафильтрация (УФ), нанофильтрация (НФ) и обратный осмос (ОО).
Эти процессы основаны на преимущественной проницаемости (под действием гидростатического давления) одного или нескольких компонентов находящихся в растворенном состоянии через разделительные полупроницаемые перегородки – мембраны [1]. БМП позволяют выделять и концентрировать и взвешенные и растворенные вещества с любой молекулярной массой (ММ). Производство самих мембран основано на нанотехнологиях, которые входят в обобщенный «Перечень критических технологий РФ: п.8. — «Нано-, био-, информационные, когнитивные технологии». Утв. Указом Президента Российской Федерации от 7 июля 2011г. № 899».
Основные преимущества БМП предопределяются отсутствием фазовых переходов и необходимости нагревания обрабатываемых жидкостей. Отсюда, они отличаются низкими энергозатратами — в 3…10 раз ниже, чем в традиционных процессах удаления влаги — выпаривании и высушивании.
Кроме того, выпарное и сушильное оборудование в отличие от мембранных установок (МУ) является более дорогостоящим и требует больших производственных площадей.
В линиях переработки навоза МУ могут использоваться для замены или/и совмещения с сушилками, выпарками, центрифугами, фильтрами, отстойниками и др. традиционным оборудованием путем создания принципиально новых гибридных технологических линий на основе использования критерия оптимальности – минимальной себестоимости переработки БСН.
Некоторый начальный положительный опыт использования мембранного процесса УФ по утилизации животноводческих стоков приведен в источнике [2].
Результаты исследований и разработка технологической схемы. Основными показателями эффективности БМП являются удельная производительность мембран — q (л/м2 . час) и их селективность (разделяющая способность) – ? = (ср — сп / ср) . 100 % [9], где: ср – концентрация соответствующего разделяемого вещества (компонента) в разделяемом растворе над поверхностью мембраны; сп – концентрация того же вещества в пермеате (потоке прошедшем через мембрану).
Селективность определяли и рассчитывали по основным (необходимым для разработки новой технологии) показателям, а именно: по растворенным СВ, свободным аминокислотам, белку и ХПК (химическое потребление кислорода – характеризует загрязненность стоков органикой). Анализы проводили по общепринятым стандартным методам.
Исследования селективности серийно выпускаемых отечественных и импортных мембран обобщены и представлены в табл. 1.
Таблица 1 – Селективность мембран по растворенным СВ, аминокислотам и белкам, а также ХПК пермеатов БСН
по растворенным СВ
Примечание: 1. ОО- мембраны XLE и SWS – импортные с селективностью по NaCl = 98 % и 99,8 %, соответственно. 2. Производитель НФ-мембраны ОПМН-П и УФ — мембран марок УПМ — ЗАО НТЦ «Владипор». Селективность ОПМН-П по NaCl=55%. Рейтинг мембран УПМ-10, УПМ-20, УПМ-50 и УПМ-200 составляет 12,7; 17,0; 64,5 и 150 кДа, соответственно. 3. Диаметр пор МФ-мембран — 0,45 мкм; 4 –Селективность мембран всех марок по взвесям, коллоидам и микроорганизмам – 100 %; 5. В исследованиях использовался нативный БСН с концентрацией растворенных СВ = 3,О %.
Удельная производительность мембран зависит от рабочего давления, температуры и тангенциальной скорости обрабатываемого БСН в межмембранном канале над поверхностью мембраны и при этих параметрах подобранных нами составляла: для МФ — и УФ мембран 70…90 л/м2 . час; — для НФ — и ОО мембран 20…40 л/м2 . час.
На основе дальнейших НИР, анализа данных табл.1 и приведенных выше физико-химических и реологических свойств БСН (удаляемого самотеком или гидросмывом) разработана технология его переработки, блок-схема которой представлена на рис. 1.
Исходный (нативный) БСН в зависимости от влажности предваритель-но обезвоживается на вибросите или отстойнике поз.1. Затем осадок содержащий порядка 14% СВ дополнительно обезвоживается в шнековом сепараторе (прессе) или центрифуге поз.2. Фильтрат из поз.1 и фугат с поз.2 с концентрациями СВ порядка 3,2 % (в том числе растворенных СВ порядка 3,0 %) смешиваются и подаются в мембранную МФ или УФ установку. При этом их общий объем на 15…30 % меньше объема исходного БСН.
Осадок с поз.2 сжигается с получением органоминерального удобрения в виде золы или складывается на полигоне в бурты где осуществляется его биотермическое обеззараживание и последующая переработка (биоконверсия) по одной из известных технологий в удобрения, белковый корм или биогумус. При этом, если на свиноферме есть и подстилочный навоз, то последний целесообразно утилизировать совместно с осадком из поз.2.
1 — вибросито; 2 – шнековый сепаратор; 3 и 4 – мембранные МФ (УФ) — и ОО (НФ) установки; 5 – сборник; 6 – полигон; 7- дрожжегенератор
Рисунок 1 — Блок-схема технологической линии переработки бесподсти-лочного жидкого свиного навоза с применением БМП:
Примечание: Из линии переработки БСН с концентрациией СВ = 6…10 % поз.1 может быть исключена.
Результаты дальнейших НИР показали, что задача выделения и концентрировани БАВ с одновременной очисткой фильтрата с поз.1 и фугата с поз.2 может быть реализована только при применении БМП в 2-е стадии.
Задача первой стадии — полностью удалить из фугата и фильтрата остатки взвешенных веществ, коллоиды и микроорганизмы и получить прозрачный (с коллоидным индексом SDI меньше 4,0 [9]) микробиологически чистый МФ (или УФ) пермеат, который должен содержать СВ только в растворенном виде.
При этом для обеспечения стерильности МФ (УФ) прмеата на этой стадии следует использовать МФ мембраны с диаметром пор не более 0,2 и 0,45 мкм или крупнопористые УФ мембраны с рейтингом (задерживающей способностью по ММ) — 150…200 кДа. (Примечание: Мембраны именно с таким диаметром пор пропускают наибольшее количество растворенных биологически активных (ценных) веществ (БАВ), отличаются повышенной производительностью, применяются для холодной «стерилизации» лекарств и поэтому, позволяют преодолеть давний запрет по санитарным соображениям на использование навоза в кормах).
Наши НИР показали, что в поз. 3 целесообразно использовать керамические мембранные элементы (МЭ) позволяющие обеспечивать тангенциальную скорость над поверхностью мембраны — 4…6 м/с.
МФ пермеат может использоваться в биопрудах и частично в качестве жидкого органического удобрения. Так как в отличие от нативного БСН пермеат не содержит взвешенных веществ, то он не будет затруднять работу насосов и дождевальных установок. В регионах с теплым климатом он может использоваться для получения биогаза или дочищаться в аэротенках с получением кормового активного ила с повышенным содержанием витамина В12.
МФ концентрат (поток жидкости не прошедший через мембрану) содержащий все выделенные и сконцентрированные взвешенные вещества, коллоиды и микроорганизмы возвращается в поз.2 для их дополнительного выделения в рецикле.
Задача второй стадии – осуществить максимальное концентрирование МФ пермеата по объему с получением ОО концентрата с максимально высоким содержанием СВ при минимальной их концентрации в ОО-пермеате.
Из данных табл.2 видно, что вторая задача решается с помощью ОО мембран XLE, но лучше всего с помощью высокоселективных (обычно называемых морскими) мембран SWS.
Как показали наши исследования, максимальная концентрация раство-ренных СВ достигаемая в ОО концентрате составляет 25…27%, которая ограничивается их осмотическим давлением. ОО пермеат представляет собой чистую воду и используется на свиноферме в рецикле.
С применением мембран может перерабатываться и жидкая фракция любого свиного навоза выделенная на широко используемых шнековых сепараторах (прессах) по известной технологии (http://agrorost.com/).
В зависимости от сферы использования и запросов потребителей ОО концентрат может дополнительно выпариваться до концентрации СВ порядка 70% с получением высококонцентрированного сиропа или высушиваться и использоваться в составе сухих удобрений и комбикормов.
Использование ОО концентрата в качестве кормовой добавки. Длительный опыт кормления, причем в высокоразвитых обеспеченных кормами и продуктами питания странах показывает, что свиной навоз является эффективной кормовой добавкой (премиксом) [3].
Зарубежный опыт скармливания выявил эффективность использования свиного навоза в составе комбикормов для КРС, бычков и овец. Так, при скармливании бычкам комбикормов (содержащих 20% сырого протеина и клетчатки) включающих 40% БСН среднесуточный привес составлял 1,1 кг, а эффективность использования рациона соответствовала общепринятым нормам. Перевариваемость сырого протеина в таких же комбикормах овцами составляла 57%. Скармливание КРС рационов содержащих 30 и 50 % БСН обеспечивало привес 1,2 и 1,0 кг/гол . сут [3].
Кукурузный силос с добавлением 23 % БСН по сухим веществам (СВ) характеризовался высокими показателями брожения и отсутствием запаха навоза. Потребление и перевариваемость овцами силоса приготовленного из 25% БСН и 75 % кукурузной массы (в пересчете на СВ) были выше чем при скармливании кукурузного силоса обогащенного мочевиной [3].
В этом же источнике (с. 47) подчеркивается, что «Никаких сигналов об отрицательных последствиях на вкусовые качества мяса и здоровье людей, потребляющих продукты от животных которым скармливали помет и свиной навоз, не поступало».
Видно, что нативный свиной навоз является крупнотоннажным кормо-вым резервом. Тем более, таким резервом является ОО концентрат БСН прошедший стерилизацию на мембранах и содержащий все ценные кормовые компоненты навоза, причем только в растворенном, а следовательно, в легко усваивающемся виде. При этом содержание аминокислот, а следовательно, усвояемость можно дополнительно повысить за счет введения в ОО концентрат протеолитических ферментов.
Для повышения кормовой ценности в добавку целесообразно вводить различные наполнители и консерванты, для чего создана методология подбора оптимального состава таких премиксов с учетом требований к комбикормам для различных типов животных.
Для повышения содержания в ОО концентрате содержания белка, ли-зина и углеводов, а также придания ему приятного для животных вкуса и запаха, МФ пермеат целесообразно смешивать с молочной сывороткой и подавать в поз.4 для совместного концентрирования содержащихся в них БАВ. При этом к инвестированию создания линий аналогичных рис. 1 следует дополнительно привлекать близлежащие молокозаводы для которых утилизация сыворотки является актуальной проблемой.
Использование ОО концентрата в качестве добавки к топливу. На основании анализа и расчетов в ЛМТ разработана также технология сжигания ОО концентрата БСН:
— совместно с газообразным топливом, представленная на рис. 2 ;
— в составе водотопливных эмульсий (см. рис. 3).
Описание схем
Для свиноферм использующих природный газ нативный жидкий БСН предварительно разделяется в шнековом сепараторе (деканторе) или фильтре поз. 1 с получением осадка и фугата (см. рис. 2). Для исследованного нами образца (с суммарной начальной концентрацией взвешенных и растворенных СВ = 12 %) концентрация в осадке составила 35 % СВ, — в фугате — 4,8 %, в т.ч. растворенных — 3,1 %.. (Примечание: Для переработки БСН с исходной концентрацией СВ = 4…6 % поз. 1 не требуется).
Затем из фугата с помощью МУ укомплектованной УФ мембранами поз. 2 полностью удаляются остатки взвешенных веществ и коллоиды. По результатам наших НИР рекомендуется использовать мембраны с рейтингом по задерживаемой ММ — 150…200 кДа, предпочтительно кера-мические. При этом содержание СВ в УФ пермеате составляло 2,9 %, а ХПК – 9,5 г/л.
Далее УФ пермеат на ОО (или НФ) установке поз. 3 концентрируется в 8…10 раз по объему до содержания СВ = 25…30 %. При этом ХПК в ОО концентрате достигает 70 — 100 г/л.
Осадок и УФ концентрат вместе с подстилочным пометом или/и бенто-нитом, торфом, соломой, сапропелем и др. наполнителями из местного сырья перерабатывается в удобрение на полигоне поз. 11. ОО пермеат по качеству соответствует воде и используется в рецикле на гидросмыв навоза, хозяйственные нужды или полив.
На свинофермах использующих в котельных природный газ, ОО концентрат сжигается путем впрыска совместно с ним или другим газообразным топливом в форсунку (горелку) поз. 10. Количество тепла выделяющееся от сжигания ОО концентрата Q (ккал) вычисленное по формуле Q = 3,4 . ХПК (где 3,4 – оксикалорийный коэффициент, ккал/г ХПК) [4] составляет порядка 300 ккал/л. При этом за счет влаги на 3…5 % возрастает радиационный теплообмен между факелом и кладкой печи, а следовательно и КПД сжигания.
Рисунок 2 — Принципиальная блок-схема очистки, концентрирования и сжигания ОО концентрата БСН
1 шнековый пресс; 2 и 3 – мембранные УФ- и ОО установки; 4 и 5 – нагреватели; 6, 7 и 8 – датчики температуры, расхода и содержания влаги, соответственно; 9 – регулятор расхода; 10 – форсунка; 11 – полигон
По рекомендации источника [5] для уменьшения эмиссии оксидов азота в атмосферу и повышения КПД в смесь газа с ОО концентратом подмешива-ется небольшое количество аммиака, а он сам нагревается до 95…99 °С в теплообменнике поз. 4 обогреваемом отходящими горячими газами.
Подача концентрата в форсунку осуществляется напрямую за счет рабочего давления в ОО установке через редукционный клапан или отдельным насосом через промежуточную емкость (на рис.2 не показаны).
Подаваемый в поз. 10 воздух также предварительно подогревается в рекуперативном теплообменнике поз. 5 утилизирующем энергию отходящих горячих газов. Температура, расход и содержание влаги в ОО концентрате контролируются датчиками поз. 6, 7 и 8 и поддерживаются с помощью управления технологическими параметрами работы ОО установки и теплообменника поз. 4 с помощью регулятора расхода поз. 9 и специального контроллера.
Для свиноферм использующих мазут и др. жидкое топливо разработана технология сжигания ОО концентрата в составе водотопливных эмульсий (ВТЭ), представленная на рис. 3.
Рисунок 3 — Принципиальная блок-схема подготовки и сжигания ОО концентрата бесподстилочного свиного навоза в составе ВТЭ
1 – ОО установка; 2 – сборник топлива; 3 – топливный насос; 4 и 5– нагреватели; 6, 7 и 8– датчики температуры, расхода и содержания влаги, соответственно; 9 – регуляторы расхода; 10 — форсунка; 11 – фильтр; 12 –– смеситель-диспергатор; 13 – роторно-пульсационный дезинтегратор; 14 — ультразвуковой гомогенизатор
ВТЭ являются новыми видами синтетического топлива (вода — мазут, вода – мазут – угольная пыль, вода — дизельное топливо; вода — нефтешлам), которые образуются путем тепломассоэнергообменной «сшивки» содержащихся в ОО концентрате воды и органических примесей с мазутом, дизельным или другим жидким топливом [6; 7]. При этом на 3…5% повышается КПД и коэффициент сжигания топлива, значительно снижаются выбросы в атмосферу СО, сажи, окислов азота, диоксина, бензапирена и др. канцерогенов.
Обусловлено это тем, что безводное топливо обычно распыляется фор-сунками до размера капель 0,1…1,0 мм. Если же в каплях топлива находятся включения более мелких (порядка 1мкм) капелек воды, то при нагревании происходит их вскипание с образованием водяного пара. Он разрывает капли топлива, дополнительно увеличивая дисперсность подаваемой в горелку ВТЭ и поверхность контакта топлива с воздухом, что улучшает качество его горения. Кроме того, пар распадается на свободные радикалы Н и ОН, которые при горении топлива дополнительно катализируют окислительные реакции.
Это приводит к существенному снижению недожога топлива и уменьшению количества вдуваемого воздуха и связанных с ним теплопо-терь, так как КПД котла при уменьшении коэффициента его избытка на 0,1% увеличивается на 1%.
Для снижения выбросов вредных веществ, способ предусматривает по-дачу в ВТЭ растворов Ca(OH)2 и (NH2)2CO [6].
Наибольший экономический эффект с одновременным снижением вы-бросов обеспечивается при содержании в ВТЭ до 20…25 % воды, а наибольший экологический эффект от утилизации загрязненных органикой стоков реализуется при содержании воды в таких эмульсиях до 50 %.
Получение ВТЭ. Жидкое топливо из поз. 2 для уменьшения вязкости подогретое в поз. 5 под контролем поз. 6 до температуры 75…90 °С и очистки в фильтре поз. 11 насосом поз. 3 подается в смеситель-диспергатор поз. 12.
ОО концентрат под контролем датчика поз. 6 нагревается в теплообменнике поз. 4 до температуры 75…90 °С и под контролем датчика расхода поз. 7 также подается в смеситель-диспергатор поз. 12. (Примечание: Так как переработка нативного БСН, осадка и УФ концентрата осуществляется аналогично схемы рис. 1, то на рис. 3 они не приведены).
Оптимальное соотношение между количеством топлива и ОО концентрата подаваемых в поз. 12 и влажность ВТЭ после их смешивания измеряются расходомерами поз. 7, датчиком поз. 8 и поддерживаются с помощью регуляторов расхода поз. 9 управляемых с помощью контроллеров.
ВТЭ с температурой 75…90 °С подается в форсунку поз. 10 где сжигается в паровом котле. Смешивание топлива с ОО концентратом и диспергирование осуществляется в одну или две-три стадии в зависимости от типа используемых форсунок.
При подготовке ВТЭ в одну стадию поз. 12 и поз. 14 из схемы исключаются, а в качестве поз. 13 используются различные роторно-пульсационные аппараты по конструкции аналогичные источнику [8]. Также можно использовать: волновые гидродинамические генераторы; сирены гидродинамические; гидродинамические кавитаторы типа TRGA и ультразвуковые диспергаторы проточного типа.
Более тонкое диспергирование в соответствии с требованиями форсу-нок некоторых типов рассчитанных на сжигание сверхтонких ВТЭ осуществляется в две-три стадии. При этом на первой стадии – стадии смешивания и предварительного диспергирования ВТЭ в разработанном способе в качестве поз. 12 могут использоваться различные смесители-диспергаторы, в том числе любые типы статических гидродинамических кавитаторов из источника [9]. Тогда поз. 13 используется для дополнительного диспергирования.
Окончательное сверхтонкое диспергирование ВТЭ осуществляется в поз. 14 в качестве которой используются магнитострикционные ультразвуковые установки или ультразвуковые проточные гомогенизаторы.
При невозможности использования в качестве топливной добавки на месте всего количества ОО концентрата, он может поставляться на сторону для этих и других нужд, в том числе в качестве кормовой добавки.
На свинофермах не имеющих котельных, утилизацию ОО концентрата рекомендуется осуществлять на принципиально новых отечественных установках сверхкритического водного окисления (СКВО). Они обеспе-чивают полное одностадийное окисление любых органических веществ до безвредных – воды и углекислого газа. Процесс осуществляется в специальном реакторе при давлении 22…25 МПа, температуре выше сверхкритической точки воды — 400…450 °С и протекает с выделением тепла [10]. При ХПК стоков выше 50 г/л (ХПК в ОО концентрате БСН порядка 70 г/л) его хватает не только для самообеспечения установки теплом, но и для отдачи энергии внешним потребителям. Образующийся в установках СКВО пар используется для отопления, в выпарках, сушилках и для других нужд свиноферм.
Использование ОО концентрата на удобрения, в субстратах и др. нужды. ОО концентрат можно использовать при силосовании кормов, в качестве легкоусваиваемого жидкого удобрения, в том числе для реализации населению и др. известными способами.
Анализ состава содержащихся в МФ пермеате БАВ показывает возможность его использования в качестве субстрата для биосинтеза в биореакторе поз. 7 кормовых дрожжей Candida tropicalis СК-4 или продуцентов бета-каротина, лизина и др. незаменимых кормовых аминокислот.
Заключение. Описанные здесь схемы можно реализовать на любой свиноферме в промышленном масштабе без ограничения производительности.
Сотрудники ЛМТ совместно с соисполнителями могут как адаптировать описанные здесь технологии так и разработать новые применительно к условиям и потребностям конкретных свиноферм. При этом в РФ имеется возможность их освоения на отечественном импортозамещающем мембранном оборудовании за счет:
— введенного в строй крупнейшего в Европе ЗАО «РМ Нанотех» — производителя на мировом уровне полимерных мембранных элементов (MEMBRANIUMTM);
— организации производства керамических мембранных фильтров в ООО НПО «Керамикфильтр»;
— большого количества мембранных инжениринговых фирм, в том числе ЗАО « НПК Медиана-Фильтр», ООО «ГИДРОТЕХ», ООО «Альтаир» и др.
Эффективность отечественных мембранных элементов независимо от наших НИР подтверждена использованием их южнокорейской фирмой «Дженикс Ижиниринг Ник. (Nix-MBR)» при очистке стоков свиноферм. Средняя степень удалеиия БПК, ХПК, взвешенных веществ, азота и фосфора составила 99,9; 92,0; 99,9; 98,0 и 82,0%. соответственно [7].
Разработчики заинтересованы в совершенствовании описанных здесь способов совместно с соответствующими НИИ и свинофермами.
Источник