Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика

вующей системой машин, а стоимость была не более стоимости совокупных питательных веществ минеральных удобрений. Известно, что для обеспечения благоприятных условий роста и развития растений необходимо, чтобы почва не только содержала достаточное количество элементов питания и воды, но и максимально эффективно воспринимала, аккумулировала и предоставляла растениям воду и питательные вещества, вносимые извне, а также обеспечивала условия оптимального воздушного и теплового режимов [5].

Уже на сегодняшний день для удаления, переработки и хранения помета привлекаются значительные трудовые и денежные ресурсы. Вместе с тем птичий помет является прекрасным сырьем для производства комплексных органоминеральных удобрений. В современном отечественном птицеводстве развиваются новые направления по созданию безотходного производства с высоким уровнем санитарноветеринарной обеспеченности птицеводческого предприятия, с единым замкнутым технологическим процессом. С целью создания безотходного производства на птицеводческих предприятиях области необходимо разрабатывать задачи комплексной оптимизации для каждой птицефабрики с учетом экологических и экономических факторов [2].

Технология промышленного производства удобрения на основе птичьего помета должна зарекомендовать себя как важное звено в общей технологической цепи всего птицеводческого предприятия (рис. 1). При производстве удобрения должны быть учтены факторы удаленности места переработки, производительность оборудования и выход птичьего помета, способы транспортировки помета к месту переработки. Все технологические процессы на таком заводе должны быть полностью механизированы, это даст возможность получать органоминеральное удобрение высокого качества и с низкой себестоимостью. Таким образом, введение в общую технологическую цепь птицеводческого предприятия технологии производства органоминеральных удобрений, дает возможность коренным образом решить вопрос эффективной утилизации птичьего помета, создать безотходное производство [3–5].

В период роста растения усваивают из почвы необходимые ему химические элементы, в результате чего плодородие почвы снижается. Восстановить естественное плодородие возможно только при соблюдении агротехники возделывания сельскохозяйственных культур,

101

102

Рис. 1. Технология промышленного производства удобрения

в частности, применением повышенных доз удобрений. Минеральные удобрения возвращают в почву только три наиболее важных элемента: азот, фосфор, калий. Остальные макро- и микроэлементы не восполняются, высокая стоимость не позволяет использовать их в необходимых объемах. Органические удобрения имеют набор макро- и микроэлементов, но важные компоненты в них содержатся в малом количестве, поэтому норма их внесения увеличивается, а с ней увеличиваются затраты на внесения. По этим причинам ежегодно плодородие почв снижается, а необходимость в удобрениях и нормах их внесения увеличивается [5, 6].

На сегодняшний день наиболее эффективной, на наш взгляд, является технология смешивания птичьего помета с минеральными компонентами и золой, полученной при газификации птичьего помета, так как она полностью решает проблему утилизации помета и позволяет получать конкурентоспособные и качественные органоминеральные удобрения (рис. 2). Поэтому процесс дозирования органоминеральных компонентов является первой наиболее ответственной операцией в технологии приготовления органоминеральных удобрений и носит характер определяющего, так как от него зависит обеспечение постоянства состава удобрения ипроизводительностьвсейтехнологическойлинии[1, 7–10].

Рис. 2. Схема технологического процесса приготовления органоминеральных удобрений на основе птичьего помета и минеральных компонентов

Целью проведения исследований является выявление общих закономерностей процесса непрерывного дозирования помета в соответствии с заданными требованиями, обоснование основных конструк- тивно-технологических и режимных параметров дозатора и аналитической зависимости взаимосвязи физико-механических свойств помета с конструктивными и режимными параметрами дозатора и основных конструктивно-технологических и режимных параметров дозатора. Для этого необходимо решить следующие задачи:

103

–определить реологические свойства продукта дозирования;

–обосновать тип конструкции дозирующего устройства;

–обосновать и определить режимные параметры процесса дозирования.

На основе проведенного анализа считаем наиболее целесообразным (в конкретном случае) принять за основу механико-капиллярно- молекулярную теорию взаимодействия между частицами вещества. Далее необходимо изучить особенности физико-механических свойств помета, чтобы выдвинуть научную гипотезу способа его дозирования. Согласно принятой теории дозирования основными физико-механи- ческими свойствами дозируемых материалов являются: липкость, влажность, плотность, деформация, сопротивление сдвигу и сжатию, коэффициент трения, механический состав. При перемешивании материала

иего сжатии в процессе дозирования возникает аномалия вязкости. При наличии такой «структурированной» системы между отдельными частицами вещества работа внешних сил затрачивается не только на преодоление внутреннего трения, но и на разрушение его структуры. При воздействии на тело помета плотность его повышается, вследствие чего вязкое сопротивление действию внешних сил возрастает и зависимость

объемного коэффициента вязкости от плотности помета имеет экспоненциальный вид [6, 11, 12]:

емный модуль вязкого сопротивления при плотности о; b – постоянная, физический смысл которой заключается в том, что при 1/b приращение плотности 'o увеличивается в е раз.

Вследствие рассеивания энергии уменьшаются напряжения в материале и имеет место релаксация напряжений, после чего тело становится аморфным. Теоретический анализ этого явления, основанный на теории последействия Больцмана, позволяет установить, что напряжения при релаксации изменяются по уравнению

где P( ) – напряжение релаксации; Po – начальное напряжение при0 ; А – предел релаксации, или остаточное напряжение, к которому

104

стремится P( ) при неограниченном увеличении времени; – время

прессования; Т – время релаксации, в течение которого релаксирующая часть напряжений уменьшается в е раз.

На современных предприятиях сельскохозяйственной отрасли широко применяются дозаторы и дозировочные станции непрерывного действия для добавления компонентов при приготовлении различных смесей. Подобные ингредиенты редко являются ньютоновскими жидкостями и часто представляют собой агрессивные среды, что делает чрезвычайно сложной задачу обеспечения точности дозирования и технологичности в эксплуатации и обслуживании указанных устройств. С целью обеспечения качественного технологического дозирования всех ингредиентов необходимо соответствие дозировочных станций следующим основным требованиям:

–непрерывность потока каждого компонента;

–обеспечение точности дозирования в пределах 2–2,5 % погрешности от номинальной производительности (3–5 % для неньютоновских сред);

–возможность плавного и дискретного регулирования производительности и точности дозирования без приостановки технологического процесса;

–возможность дозирования с требуемой точностью широкого спектра компонентов (по их физико-механическим и реологическим характеристикам);

–обеспечение стойкости конструкции к агрессивным средам;

–исключение из конструкции дозаторов и дозирующих станций быстроизнашивающихся узлов и деталей.

В связи с большим разнообразием физико-химических свойств дозируемых материалов и условий, в которых работают дозаторы, разработано значительное количество конструкций рабочих органов, состоящих из активных элементов (обеспечивающих перемещение дозируемого материала), ограничивающих (формирующих поток) и вспомогательных. Рациональный выбор рабочего органа и его конструктивное оформление предопределяют надежность и точность дозатора. Анализ литературных и патентных источников показал, что вопросами дозирования веществ неньютоновских, обладающих неньютоновскими реологическими свойствами, занимались немногие исследователи. Од-

105

нако, основываясь на научном материале по дозированию кормов и топлива, мы разработали схему технологического процесса дозирования веществ с неньютоновскими признаками реологии.

Патентный поиск схемы высокопроизводительного устройства для дозирования показал, что им наиболее полно удовлетворяют шнековые питатели. Исходя из проведённых наблюдений и основываясь на анализе литературных источников, патентном поиске, теоретических и экспериментальных исследованиях по дозированию полужидкого помета была принята схема лабораторнойустановки устройства-дозатора со шнековым питателем, котораяврамкахданнойстатьинепредставлена.

Для проведения дальнейшей научно-исследовательской работы были поставлены следующие задачи:

–разработка математической модели точности дозирования ингредиентов;

–повышение производительности дозатора;

–пути автоматического регулирования объема дозы;

–устранение эффекта кинетической энергии продукта и воздуха, возникающего во время операции дозирования;.

–уменьшение массогабаритных характеристик;

–корректировка места и времени применения процесса дозирования в технологической цепочке утилизации отходов производства.

Таким образом, наиболее эффективной технологией утилизации полужидкого птичьего помета является смешивание его с минераль-

ными компонентами. На процесс дозирования таких материалов с неньютоновской реологией и его погрешность оказывают влияние следующие факторы:

–физико-механические свойства материала (влажность, вязкость, липкость, температура, внутреннее напряжение);

–технологические факторы;

–кинематические и конструктивные факторы рабочих органов

имеханизмов.

Список литературы

1. Глемба К.В., Глемба В.К., Аверьянов Ю.И. Энергосберегающая технология переработки помета // Вестник Челяб. гос. агроинж.

акад. – 2009. – Т. 55. – С. 10–15.

106

2.Глемба К.В., Глемба В.К., Аверьянов Ю.И Энергосберегающая и экобезопасная технология переработки помета // Экологические, инженерно-экономические и правовые аспекты жизнеобеспечения: материалы международного симпозиума EURO-ECO-Hannover 2009 / Европейская Академия естественных наук. – Ганновер, 2009. –

С. 9–10.

3.Устройство для переработки помета: пат. 89322 РФ RU U1 A 01 C 3/00 / К.В. Глемба, В.К. Глемба, Ю.И. Аверьянов; опубл. 10.12.2009, Бюл. № 34.

4.Пометосушилка шнековая рециркуляционная: пат. 85991 РФ

RU U1 F 26 B 15/26 / К.В. Глемба, В.К. Глемба; опубл. 20.08.2009,

Бюл. № 23.

5.Лазановская И.Н., Орлов Д.С., Попов П.Д. Теория и практика использования органических удобрений. – М.: Агропромиздат, 1987. – 94 с.

6.Глемба К.В., Глемба К.В., Зайнишев А.В. Устройство для изготовления брикетов из смеси перегноя с почвой // Тракторы и сель-

скохоз. машины. – 2003. – № 9. – С. 11–12.

7.Василенко П.М., Василенко И.И. Механизация и автоматизация процессов приготовления и дозирования кормов // Всесоюз. акад. сельскохоз. наук им. В.И. Ленина. – М.: Агропромиздат. – 1985. – 224 с.

8.Виденеев, Ю.Д. Автоматическое непрерывное дозирование материалов. – М.; Л.: Энергия, 1965. – 112 с.

9.Григорьев С.Н., Грибков А.А. Определение погрешности времени оптимального дозирования материалов // Законодательная и прикладная метрология. – 2010. – № 4. – С. 11–12.

10.Гроссман Н.Я., Шнырев Г.Д. Автоматизированные системы взвешивания и дозирования. – М.: Машиностроение, 1988. – 296 с.

11.Глемба К.В., Глемба В.К. Исследование закономерностей процесса уплотнения рассадного субстрата в камере шнековым рабочим органом // Материалы XLII науч.-техн. конф. Ч. 2 / Челяб. гос. агроинж. акад. – Челябинск, 2003. – С. 79–86.

12.Глемба К.В., Глемба В.К. Пути повышения производительности шнековой рециркуляционной пометосушилки // Вестник Челяб.

гос. агроинж. акад. – 2009. – Т. 55. – С. 35–41.

107

Сведения об авторах

Запевалов Михаил Вениаминович – доктор технических наук,

доцент, Челябинская государственная агроинженерная академия,

е-mail: g1ick@mail.ru.

Запевалов Сергей Михайлович – аспирант, Челябинская госу-

дарственная агроинженерная академия, е-mail: g1ick@mail.ru.

Глемба Константин Вячеславович – кандидат технических наук, доцент, Южно-Уральский государственного университет (НИУ),

е-mail: glemba77@mail.ru.

108

УДК504.054+504.4.054

К.А. Злобина, Е.С. Белик, Л.В. Рудакова

ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОСОРБЕНТА НА ОСНОВЕ КАРБОНИЗАТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД

ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Рассмотрены возможности использования биосорбента на основе карбонизата избыточного активного ила. Определены его физико-химическиеи сорбционные характеристики. Представлены результаты рентгеноспектрального микроанализа карбонизата с указанием химических элементов.

Ключевые слова: нефть, биосорбент, носитель, углеводородокисляющие микроорганизмы.

K.A. Zlobina, E.S. Belik, L.V. Rudakova

THE POSSIBILITY OF USING

A BIOSORBENT BASED CARBONIZATE FOR WATER

PURIFICATION FROM OIL PRODUCTS

The article discusses the possibility of using a biosorbent based carbonizate activated sludge. Determined by its physico-chemical and sorption characteristics.The results of X-ray microanalysis carbonizate indicating the chemical elements.

Kaywords: oil, biosorbent, carrier, hydrocarbon-oxidizing microorganisms.

Нефть является одним из самых главных природных энергоресурсов. Объемы мировой добычи нефти ежегодно увеличиваются в среднем на 1,7 % [1]. За счет роста объёма добычи, транспортировки, хранения и переработки нефти, а также вследствие технологических потерь и аварийных ситуаций увеличивается попадание ее в окружающую среду, что приводит к загрязнению природных экосистем, прежде всего водных.

Ежегодно в Мировой океан выбрасывается около 10 млн т нефтепродуктов [2]. Нефть является продуктом длительного распада. По своим физико-химическим свойствам нефть немного легче воды и в воде не растворяется [3]. При аварийном разливе нефть мгновенно покрывает плотным слоем поверхность воды, препятствуя тем самым

109

поступлению кислорода и нарушению фотосинтеза. Летучие вещества испаряются, тяжелые фракции оседают на дно, а оставшиеся вещества окисляются [4]. В естественных условиях нефть и нефтепродукты разлагаются полностью в течение многих лет, нанося тем самым огромный вред окружающей природной среде. Для полного восстановления загрязненного нефтью водоема необходимо максимально полно очистить воду от нефтяного загрязнения.

Для сбора и ликвидации разливов нефти применяют множество способов, которые зависят от объема разлившейся нефти, погодных условий, толщины нефтяной пленки, вида водного объекта, глубины акватории и т.д. Для удаления нефтяной пленки с поверхности воды используют следующие: механические, физико-химические и биотехнологические способы [5]. Перспективным направлением по очистке воды от нефти и нефтепродуктов являются биотехнологические способы. Во многих странах, в том числе и в России, для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов используются биосорбенты.

Объектом исследования данной работы является биосорбент, полученный в результате низкотемпературного пиролиза избыточного активного ила биохимических очистных сооружений нефтеперерабатывающего предприятия с иммобилизованными культурами углеводородокисляющих микроорганизмов, которые обеспечивают биологическое разложение нефти и нефтепродуктов.

Цель работы заключалась в определении возможности использования биосорбента на основе карбонизата для очистки природных вод от нефти и нефтепродуктов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1)выделить критерии, предъявляемые к носителям, которые изготовлены на основе отходов производства;

2)определить возможность использования карбонизата в качестве носителя для иммобилизации углеводородокисляющих микроорганизмов, выделенных из нефтезагрязненных почв;

3)оценить эффективность биосорбента на основе карбонизата в технологии очистки природной воды от нефти и нефтепродуктов.

Носитель, изготовленный на основе отходов производства, должен отвечать определенным требованиям, характеризующим эффективность применения и целесообразность выбора носителя: размер пор

110