Глава 5. Утилизация отходов сельского хозяйства
Существующие системы переработки отходов сельского хозяйства и животноводства можно объединить в следующие группы:
производство кормов и кормовых добавок;
производство органических удобрений;
получение топлива, биотоплива и биогаза;
использование в качестве строительных материалов;
использование в качестве специальных видов сырья, полуфабрикатов и добавок для применения в различных отраслях промышленности и техники (производство бумаги, пластификаторов, сорбентов и др.).
Применение той или иной системы переработки отходов для получения различных видов продуктов определяется экономическими и экологическими факторами. Листья, ботва, стебли сельскохозяйственных культур, отходы при обработке подсолнечника, риса, проса, гречи могут перерабатываться на кормовые концентраты. Содержание в них легкогидролизуемых полисахаридов достаточно велико. Для улучшения кормовой ценности этих отходов желательно их измельчение до размеров менее 1 см. В отходах пищевой и овощеперерабатывающей промышленности содержится много брака овощей и фруктов, отходов их хранения и переработки. Они также являются ценным сырьем для получения кормовых концентратов и пищевых добавок. Полученные из этих отходов продукты по питательности не отличаются от зерновых кормов и годятся для использования в животноводстве. Отходы животноводства, птицеферм и птицефабрик используются для производства органических удобрений. Но если отходы животноводческих комплексов крупного рогатого скота перерабатываются без особых затруднений, то отходы птицеводческих комплексов пока еще не имеют достаточно разработанных экономически доступных в реализации методов утилизации. Поскольку птичий помет обладает высокой коррозионной активностью (вследствие его переувлажненности), имеет специфический резкий запах, содержит патогенную микрофлору, загрязняет окружающую среду, то возникают значительные трудности при его утилизации. В основном способы переработки таких отходов сводятся к приготовлению компостов из древесных опилок, соломы или коры (в буртах на открытых площадках). Предлагаемый метод может быть реализован в любом хозяйстве при наличии неиспользуемых отходов окорки древесины, опила, соломы и т.д.
5.1. Утилизации животноводческих стоков электрогидравлическим ударом
Электрогидравлический эффект (эффект Юткина) заключается в резком увеличении гидравлического давления при импульсном электрическом разряде в жидкости. При электрическом разряде в жидкости электрическая энергия выделяется на активном сопротивлении контура, близком к критическому, т.е. при 1/С < R /4L, где R, L и С – соответственно активное, индуктивное и емкостное сопротивления контура.
Основными факторами, определяющими высокий КПД, являются амплитуда, крутизна фронта и длительность импульса тока. При длительности импульса в несколько микросекунд, мгновенная мощность импульса выражается в сотнях тысяч киловатт.
Электрический разряд в жидкости создает сверхвысокие импульсы гидравлического давления, ударные волны звуковой и сверхзвуковой скоростей, импульсные перемещения масс жидкости со скоростью до сотен метров в секунду, мощные кавитационные процессы, инфра– и ультразвуковые излучения, мощные резонансные явления с большими амплитудами, магнитные поля в десятки тысяч эрстед, интенсивные световые, тепловые, ультрафиолетовые, рентгеновские, гамма– и нейтронные излучения. Разряд оказывает заметные воздействия на ионные процессы и их химические реакции в растворах.
В диэлектрических жидкостях разряд возникает при определенном уровне напряженности электрического поля. В жидкостях с ионной проводимостью мощность разряда мала и для создания мощного длинного разряда с крутым передним фронтом требуется создание определенных условий.
Для жидкостей с ионной проводимостью создание короткого импульса тока удается осуществить введением в цепь контура формирующего воздушного искрового промежутка.
Воздушный искровой промежуток позволяет длительно производить зарядку рабочей ёмкости С и при достижении определенной разности потенциалов на воздушном промежутке импульсом подавать энергию на рабочий промежуток, что приводит к сокращению длительности и созданию крутого фронта импульса тока в рабочем промежутке.
Регулирование воздушного искрового промежутка позволяет в широких пределах изменять режимы и параметры разряда в жидкости.
Условно весь диапазон режимов подразделяют на три рабочих режима:
жесткий
–
средний
–
мягкий
–
Электрическая схема для создания электрического разряда в проводящей жидкости представлена на рис. 5.1.
Рисунок 5.1. – Электрическая схема для создания электрического разряда в проводящей жидкости: R – сопротивление; Тр – трансформатор; V – диод; С – ёмкость;
ВИП – воздушный искровой промежуток; РП – рабочий промежуток в жидкости
При конструировании устройств для утилизации животноводческих стоков электрогидравлическим ударом необходимо учитывать, что на эффективность процесса влияет их электропроводность, которая определяет величину рабочего промежутка и зону эффективного воздействия электрогидравлического эффекта.
Снижение энергозатрат при обработке жидких субстратов достигается за счет увеличения длины искры путем инициирования канала разряда лучом лазера, другого источника излучения или с помощью теплового взрыва ВТЭ, а также осуществлением электрогидравлических ударов в воде и передачей их воздействия на высокопроводящий субстрат через эластичную оболочку, окружающую электроды.
В электрогидравлическом устройстве для приготовления торфонавозного удобрения уменьшение потерь на проводимость решается за счет предварительного внесения в навозные стоки фрезерного торфа и последующей их совместной обработки.
Установка имеет две технологические линии: подготовки исходных компонентов и приготовления комплексного органического удобрения. Линия подготовки исходных компонентов содержит навозоприёмник, снабженный устройством для перемещения навоза, насос для подачи навоза в смеситель с устройством для измельчения остатков корма, содержащихся в навозе. В нее входят элементы для подготовки и транспортировки в смеситель торфа: приемный бункер, вибросито, транспортер, механическая дробилка и магнитный сепаратор. Линия приготовления органического удобрения содержит смеситель, электрогидравлическую дробилку, соединенную трубопроводами со смесителем и другими элементами линии, блок питания (генератор импульсных токов), накопительную емкость для хранения промежуточного продукта и ёмкость для хранения готового продукта.
Предварительно подготовленные на линии исходных компонентов жидкий навоз и фрезерный торф поступают в смесительный реактор, соединенный с электрогидравлической дробилкой, где циркулируют по цепочке: смеситель – электрогидравлическая дробилка – смеситель. Полученный продукт насосом перекачивается в накопительную емкость. Предусмотрена возможность прямой выдачи продукта для дальнейшего его использования или последующей электрогидравлической обработки при циркуляции по цепочке накопительная емкость – электрогидравлическая дробилка – накопительная емкость. Продолжительность циркуляции определяется числом электрогидравлических ударов на единицу объема обрабатываемого продукта. После завершения обработки готовый продукт поступает в хранилище.
Установка позволяет получать качественное, обеззараженное, гомогенизированное органическое удобрение.