Способ получения биогаза и удобрения

УДК 631.363.22, 662.767.2

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА И УДОБРЕНИЯ

© 2015

М. С. Вандышева, старший преподаватель кафедры «Технический сервис» А. В. Мартьянычев, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Технические и биологические системы» Н. В. Оболенский, доктор технических наук, профессор кафедры «Технический сервис»

Нижегородский государственный инженерно-экономический институт, Княгинино

Аннотация. Интенсивное внедрение биогазовых технологий в развитых и развивающихся странах, повышение их эффективности и рентабельности внесли значительные изменения в переориентировку этих технологий от только энергетических к экологическим и агрохимическим (производство удобрений), особенно при переработке разнообразных органических отходов. Очевидно, это является решающей альтернативой для получения биогаза. Рассматривается способ утилизации органических отходов, а именно способ переработки их в биогаз и удобрение. Техническим результатом является переработка органических отходов без промежуточного складирования с повышенным выходом биогаза и получением синтетического «перепревшего конского навоза» - наиболее ценного органического удобрения, исключающего внесение в почву опасных для окружающей среды элементов (аммонийного и нитритного азота, яиц гельминтов, болезнетворных бактерий, вирусов и т.п.). Способ включает: измельчение органических отходов, загрузку их в бункер с любым видом навоза (помёта) и измельченной соломой или пивной дробиной, засев метаногенными микроорганизмами, увлажнение, перемешивание и прокачку в резервуар смеси (субстрата) через гидродинамический теплогенератор-деструктор с целью уничтожения опасных для окружающей среды элементов и придания однородной и гомогенной консистенции, доставку самотеком субстрата из резервуара в биореактор, равномерное перемешивание субстрата в биореакторе посредством шнека с последующим его перемещением в метантанк, выделение в метантанке биогаза в результате обмена веществ бактерий, образовывающихся вследствие разложения субстрата. После прекращения выделения биогаза переработанную анаэробными микроорганизмами биомассу удаляют и используют в качестве удобрения. После разгрузки ёмкости установки цикл переработки отходов повторяется.

Ключевые слова: анаэробная переработка органических отходов, биогаз, измельчитель соломы, отходы промышленных животноводческих комплексов, синтетический «перепревший конский навоз», удобрение.

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими задачами. В литературных источниках приводятся сведения о теории и практике биогаза, проектировании систем утилизации навоза, технологиях получения биогаза, использованы при разработке описываемого способа получения биогаза и удобрения [1-15].

Анализ последних исследований и публикаций, в которых рассматривались аспекты этой проблемы и на которых обосновываются авторы; выделение неразрешенных раньше частей общей проблемы. Из известных способов [16, 17] наиболее близким техническим решением является «Способ получения биогаза и удобрения из органических отходов» [18], который был выбран нами в качестве прототипа.

Указанный способ получения биогаза и удобрения из органических отходов включает подготовку основания из гидроизолирующего материала, монтаж системы газового дренажа, послойную укладку отходов, отвод и сбор биогаза и фильтрата, установку на подготовленном основании газодренажной конструкции из жестко связанных труб, совмещающих функции вертикального и горизонтального газового дренажа; перед укладкой на основание органические отходы сортируют, измельчают, засевают метаногенными микроорганизмами, увлажняют и укладывают их насыпкой с верхней части газодренажной конструкции послойно в несколько этапов до проектной высоты бурта, с пересыпкой каждого слоя отходов слоем глины; для герметизации слоев отходов слои глины орошают обеззараженным фильтратом или водой и подсушивают до образования твердой корки; при достижении проектной высоты бурта последний слой отходов герметизируют глиной как и нижние слои отходов; биогаз отводят через газодренажную конструкцию, а фильтрат - гидродренажной системой, вмонтированной в гидроизолирующее основание, и обеззараживают; после прекращения выделения биогаза переработанную микроорганизмами биомассу удаляют и используют в качестве удобрения; далее цикл переработки органических отходов повторяют.

Основные недостатки известного способа:

- необходимость земельных участков для складирования органических отходов, включающего послойную

укладку отходов с пересыпкой каждого слоя отходов слоем глины, подготовку основания из гидроизолирующего материала;

- необходимость сложной системы газового дренажа;

- необходимость пересортировки складированных отходов;

- не переработанные полностью по тем или иным причинам отходы не дают необходимого эффекта при внесении в почву или снижают урожайность сельскохозяйственных культур; ускоряют деградацию почвы; содержат опасные для окружающей среды элементы (аммонийный и нитритный азот, яйца гельминтов, болезнетворные бактерии, вирусы и т. п.).

Формирование целей статьи (постановка задания). Цель нашего исследования - переработка органических отходов без промежуточного складирования с повышенным выходом биогаза и получением синтетического «перепревшего конского навоза» - наиболее ценного органического удобрения, исключающего внесение в почву опасных для окружающей среды элементов (аммонийного и нитритного азота, яиц гельминтов, болезнетворных бактерий, вирусов и т. п.).

Изложение основного материала исследования с полным обоснованием полученных научных результатов. Предложенный способ получения биогаза и удобрения в виде синтетического «перепревшего конского навоза» осуществляется с помощью установки для выработки биогаза и специально сконструированного измельчителя соломы (13) [19] рисунок 2.

Способ осуществляется в следующей последовательности. Биомасса (отходы, навоз (помёт), измельченная солома) подаётся в загрузочный бункер (1) рисунок 1, увлажняется и перемешивается. От качества приготовления субстрата зависит не только эффективность, но и возможность работы биогазовой установки. Оставшаяся после получения биогаза переработанная анаэробными микроорганизмами биомасса (коэффициент выхода -0,9) используется в качестве органического удобрения.

Для нормального протекания брожения необходима слабощелочная реакция среды (рН = 6,7-7,6). Расщепление органики на отдельные составляющие и превращение в метан может проходить лишь во влажной

среде, поскольку бактерии могут перерабатывать вещества только в растворенном виде. В этой связи брожение твердых субстратов должно происходить с добавлением воды.

Рисунок 1 - Установка для получения биогаза и удобрения

Из 1 тонн куриного помёта (или любого вида помёта с добавлением измельченной соломы) можно получить до 5 тонн синтетического «перепревшего конского навоза». Этот продукт можно без какого-либо риска для окружающей среды применять для удобрения полей под различные культуры: плодово-ягодные, зерновые, овощные, «вершкового типа» (например капусту, томаты, огурцы и т. п.) и кормовые.

Из загрузочного бункера (1) измельченная биомасса центробежным насосом (4) прокачивается через гидродинамический теплогенератор-деструктор (6) [20], позволяющий создавать в его полости эффект кавитации, разрушительная сила которой уничтожает опасные для окружающей среды элементы и придаёт исходному сырью однородную и гомогенную консистенцию, в резервуар (8), из которого самотеком доставляется в биореактор (10), где посредством шнека происходит равномерное перемешивание массы, а также ее перемещение в метантанк (11). Установка для выработки биогаза имеет ёмкость (12) для переработанной микроорганизмами биомассы, которую используют в качестве удобрения, а также укомплектована расходомером (2), трехходовым краном (3), манометром (5) и комплектом измерительным (7).

Для получения сечки соломы с размером до 25 мм используется измельчитель (13).

При внесении 10 тонн синтетического «перепревшего конского навоза» на 1 га можно практически отказаться от применения минеральных удобрений, так как с указанной нормой внесения «органики» в пахотный слой почвы будет внесено до 70 кг азота, 50 кг фосфора и 100 кг калия (по действующему веществу). Если же вносить по 30-60 тонн компоста на гектар, то надобность в минеральных удобрениях полностью отпадёт.

Применение повышенных норм внесения синтетического «перепревшего конского навоза» (от 100 до 500 т/ га) позволит эффективно рекультивировать все пустоши, бросовые, деградированные и смытые земли, по той или иной причине выбывшие из сельскохозяйственного оборота.

Выводы исследования и перспективы дальнейших изысканий данного направления. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что способ получения биогаза и удобрения в виде синтетического «перепревшего конского навоза» включает измельчение органических отходов, загрузку их в бункер с любым видом навоза (помёта) и измельченной соломой, засев метаногенными микроорганизмами, увлажнение, перемешивание и прокачку в резервуар смеси (субстрата) через гидродинамический теплогенератор-деструктор, под воздействием направленной и управляемой кавитации в котором в биологическом сырье рвутся сложные связи волокон органических веществ на молекулярном уровне. Как следствие этого процесса, дисперсность

биологического сырья значительно увеличивается, и его частицы уменьшаются в размерах. Таким образом, штаммам бактерий, участвующих в процессе образования биогаза, создаются более благоприятные условия для разложения биогенных материалов благодаря разрушению однородности их структуры и, соответственно, увеличению площади покрытия бактериями биологического сырья. Кроме того в гидродинамическом теплогенераторе-деструкторе уничтожаются опасные для окружающей среды элементы, а биомассе придаётся однородная и гомогенная консистенция. Доставка субстрата из резервуара в биореактор происходит самотеком, равномерное перемешивание субстрата в биореакторе осуществляется посредством шнека с последующим перемещением его в метантанк, выделение в метантанке биогаза происходит в результате переработки биомассы анаэробными микроорганизмами. После прекращения выделения биогаза и откачки его из метантенка переработанную анаэробными микроорганизмами биомассу удаляют и используют в качестве удобрения.

Использование описанного технического решения позволит получить следующие результаты:

- исключить использование земельных участков для складирования органических отходов, их послойную укладку и подготовку оснований из гидроизолирующего материала;

- исключить устройство сложной системы газового дренажа;

- исключить складирование отходов и, как следствие, их пересортировку;

- повысить полноту отбора биогаза из перерабатываемых отходов за счет их смешивания с измельченным до 25 мм размером сечки соломы;

- повысить эффективность использования в качестве удобрения переработанных органических отходов;

- сократить до минимума техногенное воздействие отходов на окружающую среду.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика. (Пер. с нем. и предисловие М. И. Серебряного.) М. : Колос. 1992. 148 с.

2. Барбара Эдер, Хайнц Шульц. Биогазовые установки. Практическое пособие. Изд. 1996 г., Пер. с нем. 2008 г. Германия: го^ Biogas, 2008. 268 с.

3. Биоэнергетика: мировой опыт и прогноз развития. Научный аналитический обзор. М. : Росинформагротех, 2007. 203 с.

4. Благутина В. В. Биоресурсы // Химия и жизнь 2007. № 1. С. 36-39.

5. Ковалев Н. Г., Глазков И. К. Проектирование систем утилизации навоза на комплексах. М. : Агропромиздат. 1998. 160 с.

6. Лотош В. Е. Фундаментальные основы природопользования. Переработка отходов природопользования. Учебное издание, Екатеринбург : Полиграфист, 2007. 503 с.

7. Малофеев В. М. Биотехнология и охрана окружающей среды: Учебное пособие. М. : Издательство Арктос, 1998. 188 с.

8. Мариненко Е. Е. Основы получения и использования биотоплива для решения вопросов энергосбережения и охраны окружающей среды в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве: Учебное пособие. Волгоград: ВолгГАСА, 2003. 100 с.

9. Мхитарян Н. М. Энергетика нетрадиционных и возобновляемых источников. Опыт и перспективы. Киев: Наукова Думка, 1999. 320 с.

10. Развитие рынка биотоплива в мире и в Российской Федерации. Аналитический обзор. М. : Российское энергетическое агентство, 2012. 56 с.

11. Сравнительный анализ шестидесяти одной установки по производству биогаза в Германии. Германия : Агентство по возобновляемым ресурсам (РМЯ), 2010.

118 с.

12. Стребков Д. С., Ковалев А. А. Биогазовые установки для обработки отходов животноводства. // Техника и оборудование для села. 2006. №1 1. С. 28-30.

13. Шишкин Н. Д. Малые энергоэкономичные комплексы с возобновляемыми источниками энергии. Монография. М. : Готика, 2000. 236 с.:ил.

14. Шомин А. А. Биогаз на сельском подворье. Балаклея: Информационно-издательская компания «Балаклшщина», 2002. 68 с.

15. Четошникова Л. М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учебное пособие. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010. 69 с.

16. Патент на изобретение № 2526993 РФ. Способ получения биогаза и удобрения из экскрементов животных. / Мяленко В. И., Ганиева И. А., Курбанова М. Г., Гаазе З. В., Соболева О. М., Бузиян О. Н. Опубл. 27.08.2014.

17. Патент на изобретение № 2073401 (заявка № 92009236). Способ анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов и устройство для его осуществления. / Андрюхин Т. Я. Опубл. 20.02.1997.

18. Патент на изобретение № 2372155 РФ (заявка № 2008113459). Способ получения биогаза и удобрения из органических отходов. / Парахин Ю. А., Седов Ю. А., Майоров С. А., Загородних А. Н., Ермаков И. Д. (РФ). 7 с: ил.1. Опубл. 10. 11. 2009. Бюл. № 31.

19. Патент на полезную модель № 127748 РФ (заявка № 2012109337). Установка для выработки биогаза / Оболенский Н. В., Крайнов Ю. Е., Вандышева М. С. (РФ). 3с: ил.1. Опубл. 10. 05. 2013. Бюл. № 13.

20. Патент на полезную модель № 118404 РФ (заявка № 2012109338). Гидродинамический теплогенератор-деструктор / Оболенский Н. В., Крайнов Ю. Е., Вандышева М. С. (РФ). Опубл. 20.07.2012. Бюл. № 20.

A METHOD OF PRODUCING BIOGAS AND FERTILIZER

© 2015

M. S. Vandysheva, assistant professor of the chair «Technical services», postgraduate student A. V. Martyanychev, candidate of agricultural sciences, dean of the faculty of engineering N. V. Obolensky, doctor of technical sciences, professor of the chair «Technical services» Nizhny Novgorod Engineering-Economic Institute, Knyaginino

Abstract. A method of recycling of organic waste, namely the way of processing them into biogas and fertilizer. The technical result is the processing of organic waste without intermediate storage with a high biogas yield and produce synthetic «rotted horse manure is the most valuable organic fertilizer, excluding soil hazardous to the environment elements (ammonium and nitrite nitrogen, helminth eggs, pathogenic bacteria, viruses, and so on). The method includes: grinding of organic waste, loading them into the bunker with any kind of manure (litter) and chopped straw or beer mash, sowing methanogenic of microorganisms, moisture, mixing and pumping of the tank mixture (substrate) through hydrodynamic heat generator-destructor to destroy dangerous for the environment elements and give a uniform and homogeneous consistency, delivery by gravity of the substrate from the tank to the bioreactor, uniform mixing of the substrate in the bioreactor by means of the screw with its subsequent movement in methane tank allocation biogas in the metabolism of the bacteria formed due to the decomposition of the substrate. After cessation of biogas production recycled anaerobic microorganisms biomass removed and used as fertilizer. After unloading capacity of the installation cycle waste processing is repeated.

Keywords: anaerobic digestion of organic waste, biogas, straw shredder, waste from industrial livestock complexes, synthetic "rotted horse manure, fertilizer.

УДК 338.46

РАЗВИТИЕ УСЛУГ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ

© 2015

Е. А. Воробьева, преподаватель кафедры «Сервиса и экономики сферы услуг» Нижегородский государственный инженерно-экономический институт, Н.Новгород

Аннотация. Статья посвящена обзору возникновения и развития услуг общественного питания в период с начала XI века до наших дней. Общественное питание является отраслью национального хозяйства. Эта отрасль относится к сфере услуг и в настоящее время не достигла стадии насыщения. Развитие услуг общественного питания тесно связанос историей страны русского народа, его традициями и особенностями. Услуги общественного питания на протяжении всего периода своего развития были доходным делом.Объясняется это тем, что данная область весьма привлекательна в рамках роста качества жизни населения и экономики страны, а также с точки зрения источника получения постоянной прибыли в процессе существования различных заведений, организаций и грамотного управ-ленияими.Основным критерием, который влияет на развитие услугрынка питания, является уровень жизни людей и изменение в экономике страны, ее переход к новому типу экономической системы. Неоднократно общественное питание переживало попытки монополизации государством. Оно попрекалось населением за распространение пьянства и разврата. Значительное влияние на его развитие оказывали мировые тенденции организации питания. Если в настоящее время рассматривать перспективы развития рынка услуг общественного питания, то можно увидеть, что данная сфера напрямую связана с доходами лиц, живущих в данном населенном пункте. Клиент - лицо, которое очень ценно для компаний, отвечающих за услуги общественного питания, поскольку именно он является основной «кормушкой» и источником, дающим прибыль. Компаниям важно постоянно заботиться о привлечении новых клиентов, готовить программу лояльность, обеспечивать стимул для посещения именно их заведения. В настоящее время многие фирмы, занимающиеся услугами общественного питания, начали привлекать большее число инвесторов из различных областей деятельности. Рынок общественного питания в РФ на текущий день представляет собой «смесь» различных форматов и направлений, которые рассчитаны на самые разносторонние целевые аудитории потребителей

Ключевые слова: алкогольные напитки, выручка,доходы,кабаки, обслуживающийперсонал, кухонные работники, официанты,предприятия общественного питания, питейная монополия, питейные дома, повара, рестораны, трактиры,услуги.

Прародителем услуг предприятия общественного питания наших дней является древнеславянская корчма. Упоминания о корчме встречаются у многих славян в начале XI века. Изначальнонарод приходил туда для

еды и питья, повеселиться под музыку и попеть песни. Одними из древнейших напитков, которые там продавались, были пиво, квас, медовуха. Корчма обслуживала Славянскую землю, куда приходили не только выпить и