9 Разработка программы и методики проведения экспериментальных исследований утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях

Согласно календарному плану и техническому заданию на выполнение научно-исследовательских работ, на данном этапе была разработана программа и методика проведения экспериментальных исследований утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях.

Коллектив авторов составили и разработали программу и методики проведения экспериментальных исследований утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях, имеющую следующую структуру:

- общие положения;

-общие требования к условиям, обеспечению и проведению испытаний;

- требования безопасности;

- программа испытаний;

- режимы испытаний;

- методики испытаний;

- отчетность.

Эффективность процесса оценивалась по следующим показателям:

- СЖК;

- Щелочность;

- Азот аммонийный;

- Азот общий;

- Влажность;

- Содержание сухих и летучих компонентов;

- Анализ газовой смеси.

Программа иметодика проведения экспериментальных исследований утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях представлена в ПРИЛОЖЕНИИ В.

10 Разработка лабораторной методики утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания

Согласно календарному плану и техническому заданию на выполнение научно-исследовательских работ, на данном этапе была разработана лабораторная методика утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов.

Разрабатываемая лабораторная методика утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов должна удовлетворять следующим условиям:

1) позволит оптимизировать процесс утилизации пищевых отходов, путем адаптации технологии, к изменению состава отходов с учетом сложной морфологии;

2) разрабатываемая методика должна легко интегрироваться в существующие системы управления отходами;

3) разрабатываемая методика должна обеспечивать экологически безопасное ведение процесса;

4) разрабатываемая методика должна отвечать требованиям ресурсо- и энергосбережения.

Лабораторная методика содержит следующие основные пункты:

1. Требования безопасности

2. Основные обозначения и индексы

3. Область применения

4. Схема экспериментальной установки

5. Режимы работы установки

6. Обработка экспериментальных данных

7. Список используемых источников

Лабораторная методика утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживанияпредставлена в ПРИЛОЖЕНИИ Г.

11 Проведение экспериментальных исследований технологии утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях

В соответствии с календарным планом выполнения работ, п. 1.11 были выполнены экспериментальные исследования технологии утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях.

Так как сырье растительного происхождения для эксперимента достаточно будет сбраживания в течение 7 дней, при суточной загрузке в объеме 2 кг.

Описание конструкции и принцип работы экспериментальной установки, а так же методика проведения эксперимента представлена в ПРИЛОЖЕНИИ Г.

График изменения температуры в реакторе представлен на рисунке 1.

Рисунок 11.1 - График изменения температуры в реакторе

Для нормального протекания процесса, необходима слабощелочная реакция среды (ph=7-8). На рисунке 2 представлен уровень ph среды в течение эксперимента.

Рисунок 11.2- ph среды в течение эксперимента

Питающая смесь наводится раз в 5 дней, внесение питающей смеси в реактор осуществляется 4 раза в сутки, суточная норма 2 кг. Загрузка питающей смеси производится ежедневно в одно и то же время (0:00, 6:00, 12:00, 18:00). Проследим динамику выхода газа между загрузками - Рисунок 3.

Рисунок 11.3 - Динамика выхода биогаза между загрузками питающей смеси в течение суток

Математическая модель процесса утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания, согласно календарному плану п. 1.12, представлена в пункте 12 настоящего отчета о НИР.

В результате проведения экспериментальных исследований технологии утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях, были проведены исследования состава и физико-химических свойств сырья, определение параметров ведения процесса анаэробного сбраживания, оценка эффективности процесса по анализу газовой смеси и биошлама.

В ходе физико-химических испытаний определили массовой доли влаги, зольность, содержание жира, белков и углеводов, массовых концентраций тяжелых металлов, показателя рН исходного сырья (многокомпонентного комплекса коммунально-бытовых отходов).

Процесс утилизации методом анаэробного сбраживания вели последовательно на трех рецептурах. Методика составления рецептур приведена в ПРИЛОЖЕНИИ Б и в пункте 7 настоящего отчета.

График ведения процесса утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания приведен в таблице.

Методики исследований представлены в ПРИЛОЖЕНИИ Г.

Результаты проведенных испытаний технологии утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания приведены в протоколах испытаний (ПРИЛОЖЕНИЕ Е).

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что утилизация пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания является возможной. Были достигнуты следующие результаты:

утилизированы пищевые коммунально-бытовые отходы различного физико-химического и морфологического состава;

получено ценное удобрение, обогащенное азотом;

процесса протекал стационарно с незначительными отклонениями, что значительно упрощает управление им;

расход биогаза составлял в среднем 200 литров в сутки (при переработке 2 кг сырья).

Таким образом, изучив процесс анаэробного сбраживания коммунально-бытовых отходов, варьируя компоненты, мы получили модель процесса, которая позволит утилизировать отходы в тех пропорциях, в которых они поступают на полигоны ТБО. Что позволит не только сократить затраты на утилизацию и захоронения, но и способно принести прибыль в виде топлива и удобрений, а так же снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных и экспериментальных исследований анаэробного сбраживания пищевых коммунально-бытовых отходов. Они позволяют с высокой степенью надежности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при создании новых и реконструкции действующих систем биологической переработки отходов производства и потребления, жилого сектора, обработки осадков очистных сооружений. Рекомендации и предложения подтверждены теоретически и экспериментально, что позволяет рекомендовать их к использованию в производственных условиях с учетом особенностей конкретных мест образования отходов.

Таблица11.1– График проведения экспериментальных исследований

Рецептура

Дата

Питающая смесь

pH

Сухие вещества

Летучие вещества

СЖК

Щелоч-ность

Выход газа

NH4

Аммонийность

Влажность

CO2

CH4

H2S

кг/сут

%

% от сухих

мг/л

мг/л

л/сут

мг/л

%

%

%

%

%

№1

23.10.13

Загрузка сырья

24.10.13

×

×

25.10.13

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

26.10.13

×

×

27.10.13

×

×

×

×

×

×

×

×

28.10.13

×

×

29.10.13

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

№2

30.10.13

Загрузка нового сырья

31.10.13

×

×

1.11.13

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

2.11.13

×

×

3.11.13

×

×

×

×

×

×

×

×

4.11.13

×

×

5.11.13

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

№3

6.11.13

Загрузка нового сырья

7.11.13

×

×

8.11.13

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

9.11.13

×

×

10.11.13

×

×

×

×

×

×

×

×

11.11.13

×

×

12.11.13

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

*× - дни проведения анализа

**Пробы на анализ отбираются до внесения питающей смеси в реактор

Таблица 11.2 – Экспериментальные данные.

Рецептура	Дата	Питающая смесь	pH	Сухие вещества	Летучие вещества	СЖК	Щелоч-ность	Выход газа				NH4		Влажность		Аммонийность
								CO2	CH4	H2S
		кг/сут		%	% от сухих	мг/л	мг/л	л/сут				мг/кг		%		%
								%	%	%
№1	23.10.13	Загрузка сырья	7,2
	24.10.13	2	7,2
	25.10.13	2	7,5	2,0	60	989	2180	177,33				38019		95		7
								35	60	~3
	26.10.13	2	7,67
	27.10.13	2	7,85			1597	3575	221,49
								28	68	~2
	28.10.13	2	7,84
	29.10.13	2	7,84	3,9	46	2043	4488	217,04				33891		94		9
								30	64	~3
№2	30.10.13	Загрузка нового сырья	7,4
	31.10.13	2	7,48
	1.11.13	2	7,57	2,9	68	677	7176	242,35				33059		98		8
								28	68	~2
	2.11.13	2	7,68
	3.11.13	2	7,68			1093	7605	322,48
								28	70	~2
	4.11.13	2	7,7
	5.11.13	2	7,7	10,7	74	1489	8236	279,61				20224		91		14
								27	71	~2
№3	6.11.13	Загрузка нового сырья	7,5
	7.11.13	2	7,53
	8.11.13	2	7,61	9,5	54	847	6108	193,26				25815		93		15
								29	68	~2
	9.11.13	2	7,64
	10.11.13	2	7,7			888	7910	259,62
								30	67	~2
	11.11.13	2	7,7
	12.11.13	2	7,7	11,6	80	911	7404	255,32				21325		89		7
								33	65	~3