Получение биогаза из отходов плодоовощных консервных заводов

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070_

Решение данной системы неравенств найдем в среде MathCAD, и покажем его графически на рисунке 2. Заключение. Приведённый алгоритм формирования математической модели обладает не высокой алгоритмической сложностью, определяемый размерностью матрицы инцидентности O(nxm). Число переменных, которое получается в математической модели, зависит от числа источников нагрузки и число хорд в направленном графе, описывающим телекоммуникационную сеть, и равно v • ^, где s число источников, v цикломатическое число графа.

Решением системы неравенств являются потоки, которые создаются каждым источником, на основании полученных результатов можно определить маршруты прохождение трафика от каждого источника к каждому приемнику, с учетом накладываемых ограничений. Если в результате системы неравенств не удалось отыскать решение, то это означает что сеть не в состоянии пропустить заданный объем трафика. Система неравенств 3, является базовой системой, которую можно дополнять любыми ограничениями, на показатели качества обслуживания. Или же сама система неравенств 3 может быть использована в качестве системы ограничений для поиска оптимального распределения трафика. Список использованной литературы:

1. Гутковская О.Л., Пономарев Д.Ю. Контурный метод анализа сетей VPN // Современные проблемы науки и образования. 2015. №1-1 С.343.

2. Гутковская О.Л., Пономарев Д.Ю. Узловой метод анализа сетей VPN // Фундаментальные исследования. 2015. №11-5 С.875-881.

3. Гутковская О.Л., Пономарев Д.Ю. Ортогональный метод анализа сетей VPN // Современные наукоемкие технологии. - 2016. - № 7-1. - С. 30-37.

© Гутковская О.Л., 2017

УДК 664.8:658.567.1

Комарова Е.В., студентка4 курса Буряков А.В., студент 3 курса Южно-Российского государственного Политехнического университета

Суржко О.А.

Профессор, д.т.н.

ПОЛУЧЕНИЕ БИОГАЗА ИЗ ОТХОДОВ ПЛОДООВОЩНЫХ КОНСЕРВНЫХ ЗАВОДОВ

Аннотация

Статья посвящена получению биогаза из отходов плодоовощных консервных заводов.

Ключевые слова

Биогаз, плодоовощные консервные заводы, отходы пищевой промышленности.

В настоящее время в РФ на плодоовощных консервных предприятиях образуются значительные объемы отходов. Так, в частности, в 2014 году общий объем выращенных в растениеводстве культур Краснодарского края (зерновые, технические, кормовые и овощные) составил 10130 тыс. т. В растениеводстве и промышленности по переработке продукции растениеводства ежегодно образуется около 20 млн. т отходов. Из них около 60% - первичные отходы, образующиеся после сбора урожая, и 40 % -вторичные отходы, получаемые в результате технологических процессов превращения целевого сырья в пищевую продукцию.

На одном плодоовощном консервном заводе 21 % всего перерабатываемого сырья составляют отходы, наибольшее количество которых образуется при подготовке сырья к консервированию. При механизированной уборке плодоовощной продукции увеличивается приблизительно на 15 % количество

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070_

нестандартного сырья, которое в конечном итоге можно отнести к отходам.

При этом в Краснодарском крае ежегодный экологический ущерб от отходов агропромышленного комплекса оценивается в 450 млрд рублей.

В большинстве случаев отходы, образующиеся на предприятиях, собирают в специальные тары и вывозят на полигон ТКО.

Целью данной работы является обоснование предложений по получению биогаза из отходов плодоовощной консервной промышленности.

Образующиеся при технологической переработке плодов и овощей отходы, условно могут быть разделены на следующие группы:

- недозрелые, с механическими повреждениями, не соответствующие по форме, размерам и стандартным требованиям плоды и овощи без микробиологических повреждений;

- очистки, выжимки, мезга и отдельные анатомические части растений, образующиеся в процессе переработки;

- семена, косточки, семенные камеры, плодоножки, кочерыги и др.;

- жидкие отходы, образующиеся в процессе измельчения, протирания, экстракции, бланшировки и предварительной варки растительного сырья;

- плоды и овощи, продукты их переработки, имеющие сверхнормативные количества опасных и вредных для здоровья человека веществ;

- плоды, овощи и продукты их переработки, пораженные микроорганизмами [1].

Если посмотреть показатели выхода биогаза из различных видов органического сырья (табл.1), то можно утверждать, что переработка отходов плодоовощной консервной промышленности будет наиболее эффективным решением проблемы с загрязнением окружающей природной среды.

Таблица 1

Выход биогаза из органического сырья

Категория сырья Выход биогаза (м3) из 1 тонны базового сырья

Коровий навоз 39-51

Свиной навоз 51-87

Птичий помет 46-93

ТБО 180-200

Фекалии и сточные воды 70

Послеспиртовая барда 45-95

Биологические отходы производства сахара 115

Силос 210-410

Картофельная ботва 280-490

Свекольный жом 29-41

Свекольная ботва 75-200

Овощные отходы 330-500

Зерно 390-490

Трава 290-490

Глицерин 390-595

Пивная дробина 39-59

Отходы, полученные в процессе уборки ржи 165

Лен и конопля 360

Овсяная солома 310

Клевер 430-490

Кукурузный силос 250

Мука, хлеб 539

Анализ данных приведенных в таблице показывает, что получение биогаза из овощных отходов, какими являются и отходы плодоовощных консервных заводов является перспективным и коммерчески привлекательным проектом, так как биогаз можно использовать в производстве топлива для котельных. Следует отметить, что сравнение выхода биогаза, представленное в 4.2 несколько отличается от данных приведенных в табл. 1 в основном в большую сторону.

Биогаз образуется в ходе биохимического процесса, без доступа кислорода из органической массы получается газовая смесь, называемая биогазом. В природе этот процесс можно наблюдать в болотах, на дне

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070_

озер, в навозных ямах. При этом ряд микроорганизмов почти полностью преобразуют органическую массу в биогаз.

Образовавшаяся газовая смесь состоит в большем объеме из метана (50-75 об. %) и углекислого газа (25-50 об. %). Также в биогазе содержаться незначительные количества водорода, аммиака, сероводорода и других газов [1]. На рис. 1 приведены основные этапы образования биогаза.

Рисунок 1 - Схематическое представление процесса анаэробного разложения

На первом этапе, гидролиза, сложные соединения исходного материала (углеводы, белки, жиры) расщепляются на более простые органические соединения (аминокислоты, сахар, жирные кислоты). Затем образовавшиеся промежуточные продукты на этапе «подкисления» (кислотогенез) под воздействием ферментативных (окисляющих) бактерий подвергаются дальнейшему разложению на низшие жирные кислоты (уксусная, пропионовая и масляная кислота), а также углекислый газ и кислород.

На следующем «этапе метаногенеза», последнем шаге образования биогаза, строго анаэробные археи перерабатывают уксусную кислоту, а также водород и углекислый газ в метан [2].

Сколько биогаза получится на биогазовой установке, в целом зависит от используемых субстратов. По возможности следует провести тестовое брожение с соответствующей смесью субстратов [3]. В качестве альтернативы объем получения газа также можно оценить по сумме объемов получения газа всех подаваемых в реактор субстратов, если данные по выводу газа для отдельных субстратов имеются в справочниках [4].

Но при этом следует соблюдать некоторые условия среды.

Преимущественная часть известных метанообразующих бактерий имеет оптимум роста в мезофильном диапазоне температур от 37 до 420С.

Микроорганизмы, участвующие в различных этапах процесса, нуждаются в разных показателях рН, чтобы оптимально расти. Так, оптимум для гидролизирующих и окисляющих бактерий находится в диапазоне рН 5,2-6,3 [5]. Но они не жестко привязаны к этому диапазону и могут перерабатывать субстрат при незначительном увеличении показателей рН. Вследствие этого лишь незначительно понижается их активность. И напротив, образующим уксусную кислоту бактериям и метаногенным археям обязательно нужен показатель рН в нейтральном диапазоне 6,5-8. Следовательно, если брожение происходит только в одном реакторе должен соблюдаться этот диапазон рН.

Для стабильности процесса необходимо уравновешенное соотношение питательных микровеществ и микроэлементов. После углерода больше всего требуется азот. Он нужен для образования энзимов, которые проводят обмен веществ. Поэтому важно соотношение С/К в используемых субстратах. Если это соотношение слишком большое (много С и мало К), вследствие недостаточного обмена веществ имеющийся углерод не может полностью перерабатываться, так что получается не максимально возможный объем

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №05/2017 ISSN 2410-6070

метана. В обратном случае из-за избытка азота может образовываться слишком много аммиака (NH3), который даже в небольших концентрациях замедляет рост бактерий и даже может привести к полной гибели всей популяции микроорганизмов. Поэтому для обеспечения стабильности процесса соотношение C/N должно находиться в диапазоне от 10 до 30. Для достаточного обеспечения микроорганизмов питательными веществами соотношение C: N: P: S в реакторе должно составлять 600:15:5:3 [6].

Изучение технологии получения биогаза и применимости их для плодоовощных консервных заводов позволило сделать вывод, что эффективно применять схему комбинированной проточной технологии с использованием накопителя. В этом случае обеспечивается равномерное получение биогаза за счет проектирования перед накопителем проточного биореактора. Этот вариант является современным, дополнительные инвестиции для установки дополнительного реактора со временем компенсируется увеличением выхода биогаза.

Анализ приведенного материала позволяет сделать вывод, что использование отходов плодоовощной консервной промышленности в получении биогаза позволит решить следующие проблемы: экологически безопасную утилизацию отходов; обеспечить энергосбережение; повысить плодородность почв, а соответственно, и урожая, что значительно увеличит рентабельность установок и сократит сроки окупаемости. Для выработки технологического регламента эксплуатации биогазовой установки для каждого субстрата плодоовощного консервного завода необходимо проведение научно исследовательских и опытно-конструкторских работ, что и будет темой наших дальнейших исследований. Список использованной литературы:

1. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности АПК России и охрана окружающей среды: Справочник /Под общей ред. акад. Россельхозакадемии Е. И. Сизенко. - М. 2013. - 465 с.

2. Kaltschmitt, M.; Hartmann, H.: Energie aus Biomasse - Grundlagen, Techniken und Verfahren; Springer-Verlag Berlin Heidelberg, New York, 2001

3. C. Bauer, M. Korthals, A. Gronauer, M. Lebuhn.: Methanogens in biogas production from renewable resources -a novel molecular population analysis approach. Water Sci. Tech. 2008, 58, No. 7, S. 1433-1439

4. VDI- Richtlinie 4630: Vergärung organischer Stoffe; Substratcharakterisierung, Probenahme, Stoffdatenerhebung. Probenahme, Stoffdatenerhebung, Gärversuche. VDI-Gesellschaft Energietechnik, 2006

5. KTBL (Hrsg.): Faustzahelen Biogas. Kuratorium fur Technik und Bauwesen in der Landwirschaft, 2009

6. Weiland, P.: Stand und Perspektiven der Biogasnutzung und -erzeugung in Deutschland, Gulzower Fachgesprche, Band 15: Energetische Nutzung von Biogas: Stand der Technik und Optimierungspoten, S. 8-27, Weimar, 2000

© Комарова Е.В., Буряков А.В., 2017

УДК 691.2

Крамаренко А. В.

Кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «ПГС» Тольяттинского государственного университета 445020, РФ, Самарская область, г. Тольятти, ул. Ушакова, дом № 59

Маслова Н. В.

Кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «ПГС» Тольяттинского государственного университета 445020, РФ, Самарская область, г. Тольятти, ул. Ушакова, дом № 59

Никитина К. В.

студент, Тольяттинский государственный университет УВЕЛИЧЕНИЕ ВЛАГОСТОЙКОСТИ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация

В данной статье рассматривается возможность повышения влагостойкости каменных материалов,