проектування практикум

калійної солі, а на випадок підвищення кислотності - вапняні матеріали (1- 2%).

Прискорене біотермічне компостування слід здійснювати з дотриманням таких режимних параметрів:

-змішування компонентів повинно виконуватись з розпушуванням суміші до об‘ємної структури з пористістю 0,3-0,6;

-аерація компостної суміші проводиться в керованому режимі під тиском до 1.5 кПа на їм товщини шару суміші;

-в мезофільному температурному режимі (31-35 °С) аерацію проводять з 5-16 кратним добовим повітрообміном об‘єму пористої структури суміші;

-в термофільному режимі (51-55 °С) - з 17-45 кратним добовим повітрообміном пористої структури суміші;

-тривалість термофільної стадії компостування ведуть з терміном, протягом якого сума середньодобових термофільних температур суміші знаходиться в діапазоні принаймні 275-325 град-діб.

Прискорене компостування методом біотермічної твердофазної ферментації здійснюється в компостерах (ферментаторах). Твердофазна ферментація відрізняється від широковідомого компостування в буртах тим, що цей процес проводиться протягом 10-15 днів з можливістю контролю та регулювання основних чинників, що впливають на його хід: вологості і структури (дисперсності) суміші, наявності достатньої і збалансованої кількості поживних речовин, раціонального співвідношення вуглецю і азоту, температури та аерації.

Товщина шару вихідної суміші, що закладається в споруди для прискореного біотермічного компостування, повинна бути в межах 1,5-2,0 м.

Інтенсивність зростання температури на стадії саморозігрівання суміші повинна становити 1,0-2,0°С/год. Термін виходу процесу на термофільний режим (більше 50°С) повинен бути у межах 1-1.5 доби. Тривалість термофільного режиму, з метою знезараження і дегельмінтизації суміші та позбавлення схожості насіння бур‘янів, повинна становити 5-7 днів. При підвищенні температури понад 70°С компостну суміш необхідно піддавати охолодженню шляхом підвищеної аерації та вентилювання камери ферментатора. Інтенсивність аерації повинна бути такою, щоб підтримувати рівень концентрації кисню в газоповітряному просторі суміші в межах 1015 %. Аерацію здійснювати свіжим або підігрітим повітрям (наприклад, за рахунок рекуперації тепла відпрацьованого повітря).

Рівномірне розігрівання компостної суміші по всьому об‘єму ферментаційної камери забезпечує позбавлення схожості насіння бур‘янів:

251

при температурі 40°С - протягом трьох-чотирьох тижнів; при 45°С і вище - протягом двох тижнів; при 50°С і вище - протягом одного тижня. Якісним слід вважати компост із вмістом життєздатних насінин бур‘янів не більше 10 тис. шт. у 1 тонні.

Компост, що пройшов термофільну стадію переробки, може бути використаний як вихідний субстрат для подальшої обробки вермикомпостуванням, а також як компонент сумішей для штучного грунту теплиць і парників, субстратів для вирощування грибів та іншої екологічно чистої рослинницької продукції.

Прискорене компостування потребує дотримання трьох фундаментальних вимог:

-завершеність процесу з мінімальними енерговитратами;

-гарантії якості кінцевого продукту не тільки з точки зору безпечного використання в сільському господарстві, а також забезпечення підвищення родючості ґрунтів;

-екологічну і санітарно-гігієнічну безпеку як самого компосту, так і його виробництва.

Природно підсушений компост або рециркуляційний продукт після просіювання може використовуватись як вологопоглинаючий матеріал в разі відсутності іншого.

Готові компости повинні відповідати таким вимогам: мати дрібногрудкувату структуру з розміром часток не більше 20 мм; вологість – 60-70%; малолужну або нейтральну реакцію середовища; вміст органічної речовини - не менше 75%; співвідношення С:К у межах 12-18:1; поживних біогенних речовин у легкодоступних для рослин формах - не менше 50%; втрати органічної речовини і азоту під час компостування - не більше 10%; відсутність неприємних запахів. В компостах повинні бути відсутніми яйця і личинки гельмінтів, патогенна мікрофлора.

Технічні засоби для компостування:

на польових майданчиках: автосамоскиди, тракторні причепи, машини для внесення органічних добрив типу МЖТ, навантажувачі - екскаватори, бульдозери, змішувачі-аератори, навантажувачі ПФП, ПНД - 250; - на стаціонарних майданчиках: навантажувачі ПФП, змішувач-аератор або машина для приготування компостів МПК-Ф-1, насоси НІДИ-Ф-100, НРГ110;

у стаціонарних ферментаторах /компостерах/: ферментаційна камера з аераційним устаткуванням, подрібнювач соломи ИГК, змішувач типу С, транспортер стрічковий, навантажувач ковшовий фронтальний, машина для приготування компостів МПК-Ф-1.

252

Вермикомпостування

Для одержання екологічно чистого, високоякісного добрива, гній піддають вермикомпостуванню (використання черв‘яків). Підготовку вихідної суміші слід здійснювати анологічно підготовці компостної суміші.

Для вермикультури придатні такі види черв‘яків: гнойові черв‘яки, звичайні дощові черв‘яки, малі червоні черв‘яки, червоний каліфорнійський черв‘як та декілька інших видів.

Найбільш придатним субстратом для вирощування вермикультури є тверда фракція гною великої рогатої худоби і свиней.

Вихідна суміш для вермикомпостування повина мати: вологість 7585%, рН – 6,5-7,5, співвідношення СЖ - 20:1, вміст мінеральних речовин - до 10%, сирого протеїну - не більше 25%.

Для інтенсивного вермикомпостування необхідно забезпечити умови оптимального розвитку вермикультури:

температура субстрату – 19-25 °С; вологість субстрату – 75-80%;

співвідношення вуглецю до азоту в субстраті - близько 20; реакція середовища рН – 6,5-7,5.

Утеплий період року (при температурі вище 10 °С) вермикомпостування слід проводити на відкритих прифермерських майданчиках у наземних грядках. Майданчик, відведений під вермикомпостування, повинен бути захищений від вітру, мати невеликий схил (для забезпечення стоку води) з пісчаною або каменястою підстилаючою поверхнею.

Узимових умовах, коли активність вермикультури значно знижується, а догляд за нею ускладнюється, виробництво біогумусу слід проводити в закритих опалювальних приміщеннях на стелажах і наземних грядках.

Ширина стелажів при наземних грядках має бути до 1,0-1,2 м, довжина –довільна.

Узакритих приміщеннях (вермиінкубатори) вирощування вермикультур проводиться на бетонній підлозі, з улаштуванням лож, і на стелажах у дерев‘яних або металевих ящиках.

Вимоги щодо умов утримання в закритих приміщеннях такі ж, як і на відкритих ділянках.

Утримання взимку повинно задовольняти таким вимогам : оптимальна температура +(20-22) °С; для розмноження +(5-33) °С; оптимальна відносна вологість 82%; вологість для розмноження 75-88%. Дня підтримання температури зимове ложе вкривають соломою, шаром гною чи плівкою.

253

Всі розрахунки (з годування вермикультури, догляду за нею. збиранням продукції) виконують для стандартного ложа розміром 2×1 м.

Щільність заселення одного стандартного ложа коливається від 30 до 100 тис. черв‘яків. На одне ложе потрібно 1-1,2 т органічної речовини на рік. На задоволення життєвих потреб вермикультури витрачається 40% живильного субстрату, а 60% переробляється на біогумус.

Біогумус, одержаний з органічних відходів за допомогою вермикультури, вміщує в добре збалансованій та легкозасвоюваній формі всі необхідні для живлення рослин речовини. Вміст в ньому окремих компонентів та хімічних елементів наведено у таблиці 42.

42. Вміст у біогумусі окремих компонентів та хімічних елементів

Питома потужність споруд вермикомпостування для закритих приміщень і відкритих майданчиків відповідно має бути такою: по вихідному субстракту - 1,5 і 0,7 т/м2, готовому біогумусу - 0,7 і 0,33 т/м2, по біомасі вермикультури - 22 і 10,5 кг/м2 за рік.

У випадках, коли біогумус використовується в господарстві, де безпосередньо виробляється, його можна вносити під с.-г. культури без попередньої підготовки.

Біогумус, призначений для реалізації, потребує відповідної обробки, яка полягає в підсушуванні його до 50-60% вологості і просіюванні на ситах, а також упаковки (при необхідності).

Склад готової продукції (біогумусу) ізолюється від виробничих приміщень.

Кількість днів зберігання біогумусу на складі визначається завданням на проектування.

254

Системи виробництва біогазу анаеробним зброджуванням

Виробництво біогазу і знезараженого органічного добрива здійснюють шляхом мікробіологічної обробки анаеробним зброджуванням гною та гнойових субстратів.

До технологічного процесу підготовки сировини (безпідстилкового гною та продуктів переробки і очищення гнойових стоків тощо) для анаеробного зброджування висуваються такі вимоги:

-підготовлена маса повинна бути свіжою з максимальним вмістом органічних речовин;

-маса повинна бути гідравлічне транспортабельною і не містити включень розміром більше 30 мм і твердих часток, щільність яких значно перевищує щільність рідини (бетон, глина, пісок тощо, сторонні включення);

-оптимальні параметри маси для анаеробного зброджування:

а) вологість – 90-92 %; б) зольність – 15-16 %;

в) рН - 6,9-8,0;

г) вміст жирних кислот – 600-1500 мг/л; д) лужність – 1500-3000 мг СаСО/л;

е)С:N -(10-16:1).

- зброджувальна маса не новина мати речовин, які пригнічують життєдіяльність метаноутворюючих організмів та інгібіруючих технологічний процес анаеробного збродження більше допустимих концентрацій. До них відносять різні форми азоту і більшість тяжких, лужних, лужноземельних металів, сульфідів, кисню, антибіотиків, дезинфікуючих засобів та інших речовин.

Зброджування необхідно проводити в біореакторах - метантенках, які повинні бути герметичними, з тепло-гідроізоляцією, мати пристрої завантаження - вихідної сировини і вивантаження збродженої біомаси та відведення біогазу.

Для інтенсифікації метаногенезу біореактори слід обладнувати устаткуванням для примусового перемішування, руйнування кірки та підігрівання.

Зброджування доцільно проводити з підігріванням і підтримкою таких температур: +33 ± 2°С (мезофільний режим); +40 ± 2°С (термотолерантний режим); +53 ± 2°С (термофільний режим). Нарощування температури поліпшує умови для утворення біогазу, але знижує частку метану в ньому. Перепади температури в межах 3-4°С впливають негативно на метаболічну активність, особливо термофільних бактерій. Мікробіологічна активність суттєво знижується при температурі нижче +15°С.

255

Тривалість зброджування (термін витримування субстрату в біореакторі) залежить від фізико-хімічних властивостей сировини, температурного режиму та заданого ступеня розкладу органічної речовини. Доцільно дотримуватися таких термінів тривалості: 10-30 діб для мезофільного режиму. 7-15 діб - для термотолерантного і 5-10 діб - для термофільного.

Біогаз - це горючий газ, до складу якого входять: 55-70% метану і 3045% вуглекислого газу; середня теплотворна спроможність біоіазу - 20-22 МДж /м3.

Вихід біогазу при зброджуванні гною визначається скспериментально у виробничих умовах. За відсутністю таких даних їх допускається приймати із розрахунку: - 0,4-0,6 м3 біогазу з 1кг сухої речовини; - 0,8-1,0 м3 біогазу з 1кг органіки, що піддається розкладу. У виробничих умовах на сучасних біогазових біоенергетичних установках одержують 10-20 м3 біогазу з 1 м3 гною.

Вихід біогазу і метану при зброджуванні гною великої рогатої худоби

ісвиней наведено у таблиці 43.

43.Вихід біогазу і метану при зброджуванні гною

При проектуванні метантенків слід керуватися чинними нормативними документами, якими регламентується їх проектування.

Ускладі споруд анаеробної обробки гною залежно від їх призначення

іпотужності слід проектувати:

-блок приймання і усереднення гною за кількісно-якісними параметрами з обладнанням для відділення сторонніх включень, гомогенізації, подрібнення та подачі гною на подальшу обробку; блок підготовки гнойової маси до анаеробного зброджування з обладнанням для нагрівання, підігрівання, витримування тощо;

-біореактор-метатенк;

-блок обробки збродженої гнойової маси з обладнанням для її розділення та обезводнення;

256

-блок збирання та зберігання збродженої гнойової маси та її твердої і рідкої фракції;

-проміжні ємності і насосне устаткування для перекачування гнойової маси по спорудах;

-блок збирання, зберігання, використання і переробки біогазу;

-блок очищення і доочищення збродженої рідкої фракції тощо. Проектування систем споруд анаеробної обробки і підготовки гною до

використання слід здійснювати відповідно до СНиП 2.04.03-85 "Канализация. Наружные сети й сооружения".

Біологічна очистка рідкої фракції гнойових стоків

Проектування споруд біологічного очищення рідкої фракції гною допускається тільки при реконструкції і розширенні очисних споруд діючих підприємств з гідрозмивною системою видалення гною свинарських підприємств потужністю 54 і 108 тис. голів на рік в таких випадках:

-недостатня кількість земельних площ і води для розбавлення гною при зрошенні;

-несприятливі кліматичні, геологічні умови для внесення стоків у

грунт;

-передача стоків на міські або інші очисні споруди тощо;

-при використанні новітніх високоефективних, безвідходних технологій і споруд за погодженням з територіальними органами державного екологічного контролю, ветеринарного та санітарного нагляду.

Біологічне очищення рідкої фракції гнойових стоків, як правило, здійснюють штучним або природним шляхом залежно від потрібного ступеня очищення стоків від забруднювальних речовин.

При механічній аерації стоків глибину аеротенків слід визначати до 4,5 м, ширину - залежно від гідравлічного радіуса дії, кратного 5-ти діаметрам робочого колеса рототурбіни.

При пневматичному і комбінованому способах аерації робочу глибину аеротенків слід приймати у межах 3...6 м, співвідношення ширини до глибини -до 2:1.

Процес штучного біологічного очищення рідкої фракції гнойових стоків здійснюють у аеротенках з механічним, пневматичним, гідропневматичним і комбінованим способами аерації. При розрахунку аеротенків слід керуватися даними, наведеними у таблиці 44.

257

44. Показники режимів роботи аеротенків

Технологічні параметри аеротенків слід визначати розрахунком відповідно до СНиП 2.04.03-85 "Канализация. Наружные сети й сооружения".

При механічному способі аерації ступінь очищення рідкої фракції має становити: за ХПК - до 300 мг/г, вміст зважених речовин - до 120 мг/г, азоту - до 120 мг/г, фосфору - до 90 мг/г, калію - до 210 мг/г.

При гідропневматичному і комбінованому способах аерації слід дотримуватися таких вимог до ступеня очищення рідкої фракції: ХПК - до 200 мг/г, зважених речовин - до 30 мг/л, БСК - до 20 мг/л, азоту амонійного - до 30 мг/л, нітритів - до 0,5 мг/л, нітратів - до 0,5 мг/л, фосфатів - до 35 мг/л.

Глибоке очищення стоків в аеротенках при гідропневматичній аерації забезпечується за рахунок анаеробно-аеробної обробки маси і одночасно протікання процесів нітриденітрифікації та біологічного очищення стоків.

При необхідності роздільного здійснення біологічного очищення рідкої фракції гнойових стоків глибину ємності для нітриденітрифікації слід мати не менше 2 м, об‘єм необхідно розраховувати, виходячи з концентрації амонійного азоту і гідравлічного навантаження.

Оптимальними параметрами процесів нітриденітрифікації рідкої фракції гнойових стоків слід вважати: рН - 7,6-8,5, температуру - 30 °С.

Параметри біологічного очищення гнойових стоків після нітриденітрифікації мають бути такими:

ХПК-до 300 мг/л; БСК-30-40 мг/л; № 14 - до 10 мг/л; фосфати - до 25 мг/л.

Найефективніше очищення рідкої фракції гнойових стоків від окислів азоту способом нітриденітрифікації (при роздільному протіканні процесів) забезпечується при попередній обробці стоків у метантенках.

Вміст поживних речовин у надлишковому активному мулі маг бути таким: загального азоту - 11 %. фосфору 8,8 %. калію - 3 % від маси сухої речовини.

258

Вторинні вертикальні відстійники для ущільнення мулу повинні проектуватися, виходячи з перебування в них аерованої рідини не менше 2 годин, враховуючи максимальний приток без об‘єму активного мулу.

Для радіальних відстійників час відстоювання слід визначати не менше 3 годин.

Неперервну рециркуляцію активного мулу з вторинних відстійників у аеротенти або об‘єм зворотного мулу слід визначати розрахунком.

Гідростатичний тиск для питомого мулу слід приймати за 1,2-1.5 м. Кут нахилу конічної частини відстійників - 60°.

Природне біологічне очищення рідкої фракції гнойових стоків здійснюють у біологічних ставах різних типів і конструктивного виконання анаеробно-аеробних; з природною і штучною аерацією; одно- і багатоступеневих.

Біологічні стави рекомендується застосовувати для доочистки рідкої фракції, яка пройшла біологічну очистку, а також як самостійні споруди для очистки рідкої фракції і стічних вод з доїльних майданчиків при цілорічній роботі в районах з середньорічною температурою повітря +10°С та для сезонної роботи з травня до жовтня.

Робота ставів забезпечується при температурі води від +4 до 35°С. Ставам повинні передувати відстійники.

Конструкція ставів та відстійників повинна передбачати можливість їх періодичного очищення.

Допускається проектувати стави, які працюють в анаеробних та аеробних умовах. Анаеробні стави слід застосувати для попередньої обробки рідкої фракції з високою концентрацією забруднень та подальшою її обробкою в аеробних умовах.

Навантаження за БСК на анаеробні стави має бути 33-560 кг/га на добу при глибині ставів 3,5-6 м. Очищення цих ставів повинно проводитися не рідше одного разу на три роки.

В аеробних ставах провідна роль в переробці органічних речовин належить одноклітинним водоростям (фітопланктону), які в основному забезпечують стави киснем.

Оптимальною концентрацією забруднення рідкої фракції, яка надходить, за БСК для аеробних ставів слід вважати 200-300 мг/л.

Аеробні біологічні стави можуть бути проточними або контактними з періодичним наповненням і скидом, стічних вод. Кількість ступенів в проточних ставах повинна бути не менше двох. В аеробних ставах досягається дезінвазія рідкої фракції.

259

Упроточних ступеневих біологічних ставах середнє навантаження за БСК встановлюється в межах 50-70 кг/га на добу. Глибина в перших ступенях має бути не більше 1,5 м, в наступних - не більше 1 м.

В контактних ставах з масовим розвитком фітопланктону навантаження за БСК на поверхню має становити 60-120 кг/га на добу при глибині 0,6м.

Всі стави повинні бути сплановані з похилом не менше 0,0005 у сторону водоскидання або мати канави, які забезпечують сток води із ставка.

Ширина захисних дамб і загат ставів без проїзду зверху повинна бути не менше 2 м, а розділових – 1-1,5 м. Перевищення гребеня дамб над максимальним рівнем дзеркала води в ставах враховує висоту хвилі, але не може бути менше 0,4 м.

Рідку фракцію свинячого гною допускається очищати в рибоводнобіологічних ставах. Найбільша ефективність ставів досягається при улаштуванні п‘яти ступенів споруд:

І ступінь - анаеробні стави-нагромаджувачі; II ступінь - аеробні водоростеві стави;

III ступінь - аеробні рачкові стави; IV ступінь - аеробні рибоводні стави;

V ступінь - стави-накопичувачі очищених стоків.

Глибина водоростевого ставу має бути 0,6м, ранкового - 0,8, рибоводного - 1,0-1,2м.

Строки експлуатації ставів: 1 і 5 ступенів – цілорічне; 2-4 – у теплий

період року при температурі повітря не більше 5-10 °С і сумарною інтенсивністю сонячної радіації не менше 200 кал/см2 на добу.

В умовах південної та середньої смуги України роботу рибоводнобіологічних ставів слід передбачати з 15 травня по 15 жовтня. Об‘єм анаеробних ставів визначається добовим обсягом стоків, який не повинен перевищувати 2 % об‘єму при БСК 2000-3000 мг/л.

Орієнтовний об‘єм аеробних ставів слід приймати з розрахунку 10 м3/голову (включаючи поросят-сисунів), при цьому 15% об‘єму припадає на водоростеві, 15% - на рачкові і 70% - на рибоводні стави.

В очищеному стоці вміст розчиненого кисню має становити до 6 мг/л, БСК-10-15 мг/л.

Аеробні стави повинні бути обладнані донними водоспорудами, а рибоводні стави - рибоуловлювачами. Проект рибоводних ставів повинен відповідати правилам проектування рибоводних ставів.

Урибоводних ставах слід вирощувати рибопосадочний матеріал (цьоголітки карпа, карася, товстолобика та амура).

260