Заключение

В ходе проведения НИР, выполняемой в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы», государственный контракт от «16» октября 2013 г. № 14.515.11.0089, запланированные календарным планом работы выполнены в полном объеме.

Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках поисковых НИР, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографии и патенты.

Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96. Среди изу-ченных материалов преобладают патенты, описывающие способы и устройства по очистке дымовых газов от отдельных загрязняющих веществ.

Проведенный патентный поиск подтвердил тот факт, что предлагаемый в НИР метод комплексной переработки отходов станет новым этапом в решении проблемы охраны окружающей среды от исследуемого перечня материалов (отходов) и загрязняющих атмосферу выбросов.

Исследованы, обоснованы и выбраны методы и средства, направления исследований и способы решения поставленных задач в области технологий сбора и утилизации пищевых отходов. Установлены качественные характеристики коммунально-бытовых отходов, морфологический состав, физико-химические свойства.

Проведена сравнительная оценка вариантов возможных решений ис-следуемой проблемы. Проведенный анализ возможных вариантов решений исследуемой проблемы переработки коммунальных отходов показал, что одним из самых перспективных методов является утилизация пищевых отходов в местах образования биотехнологическим методом анаэробного сбраживания, при отдельном сборе или после отделения этих отходов от остальной массы ТБО.

Разработаны основы технологии утилизации коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания. Осуществлен выбор метода утилизации отходов. Разработана установка анаэробного сбраживания пищевых коммунально-бытовых отходов. Она состоит из следующих элементов: камеры сбраживания (реактора, ферментатора, метантенка), нагревательного устройства (теплообменника), устройства для перемешивания и газгольдера. Приведена технологическая схема процесса утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания. Обозначены условия осуществления анаэробного сбраживания.

Разработана методика получения лабораторных образцов комплекса (многокомпонентной смеси) пищевых коммунально-бытовых отходов, под-лежащих утилизации методом анаэробного сбраживания.

Современные технологии позволяют утилизировать анаэробным сбраживанием (с получением биотоплива) любые виды органического сырья. Работа установки определяется такими свойствами сырья как содержание сухого вещества, влажность, содержание конгломератов в субстрате. Для роста и жизнедеятельности консорциума микроорганизмов необходимо наличие в сырье органических и минеральных питательных веществ. Оптимальное значение ph от 6,5 до 8. В научно исследовательской работе были проведены исследования пищевых отходов согласно приведенным методикам.

Были получены лабораторные образцы комплекса (многокомпонентной смеси) пищевых коммунально-бытовых отходов, подлежащих утилизации методом анаэробного сбраживания. На основе денных, полученных в результате лабораторных исследований пищевых коммунально-бытовых отходов, было составлено несколько многокомпонентных смесей, подлежащих утилизации методом анаэробного сбраживания.

Осуществлен подбор консорциума микроорганизмов для утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания. Подбор консорциума микроорганизмов проводили для сырья с массовой долей влаги 60-80 %. С целью биодеструкции сырья такого состава наиболее целесообразно использовать подобранный консорциум микроорганизмов состоящий из бактерий Bacillussubtitles, Pseudomonasaeruginosa, Pseudomonasfacilis, Erwiniaamylovora, Arthrobacterspecies, Methanosarcinabarken, Methanococcusmazei, Methanobacteriumcariacimarisnigri, Methanospirillumhungatei. Дополнительно вводили Cellulomonaseffusa. Используемый в работе консорциум позволил проводить биодеструкцию сырья с получением биогаза. Дальнейшие наши исследования в этом вопросе позволят повы-сить эффективность действия консорциума и качество конечного продукта.

Разработана программа и методики проведения экспериментальных исследований утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях. Разработанная программа и методики проведения экспериментальных исследований утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях обеспечивают:

- экологически безопасное ведение процесса;

- ресурсо- и энергосбережение;

- получение полезного продукта.

Разработана лабораторная методика утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания. Разработанная лабораторная методика утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов удовлетворяет следующим условиям:

- позволяет оптимизировать процесс утилизации пищевых отходов, путем адаптации технологии, к изменению состава отходов с учетом сложной морфологии;

- легко интегрируется в существующие системы управления отходами;

- обеспечивает экологически безопасное ведение процесса;

- отвечает требованиям ресурсо- и энергосбережения.

Проведены экспериментальные исследования технологии утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях. 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. Процесс утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания вели последовательно на трех рецептурах.

Разработана математическая модель тепло- и массообменных процесс-сов в реакторе анаэробного сбраживания. Предложенная математическая модель процессов в реакторе анаэробного сбраживания учитывает особенность трехслойной структуры среды в реакторе в зависимости от очевидной разницы исоответственно отдельно рассчитываемых значений коэффициентов теплоотдачи, и теплопередачи для первого, второго и третьего слоев в реакционном пространстве.

В математической модели учтены различия газовыделений в трех слоях биомассы на основе особенности массотдачи к поверхности образуемого пузырька генерируемого в процессе биосинтеза газа при помощи коэффициента массооотдачи в уравнении Буссинеска.

Модель в полной мере построена с учетом зависимости теплофизиче-ских и других характеристик слоев и от состава питающей смеси посредст-вом плотности, динамической вязкости, теплоемкости, теплопроводности слоев и частиц распределенных в биореакторе.

Также в модели учтены гидродинамические характеристики течения реакционной массы в зависимости от интенсивности перемешивания посредством параметров определяющих значения чисел Нуссельта и Рейнольдса.

При расчете учитывается интенсивность деятельности разновидностей потенциально используемых для анаэробного сбраживания консорциума микроорганизмов в свою очередь выбираемых в зависимости от морфологического состава перерабатываемых коммунально-бытовых отходов при помощи введенного коэффициента учитывающего характер консорциума.

Проведена технико-экономическая оценка рыночного потенциала по-лученных результатов. Использование предлагаемой технологии переработки пищевых коммунально-бытовых отходов позволит одновременно решить пять важнейших проблем:

экологическую (полная утилизация пищевых коммунально-бытовых отходов, что приведет к снижению негативного воздействия на окружающую среду);

энергетическую (получение биогаза);

агрохимическую (получение удобрений);

социальную (дополнительные рабочие места для осуществления работ по переработке отходов: операторы, автоматчики, механики, управленческий персонал);

экономическую (рост объем услуг, оказываемых в сфере обращения с отходами; получение прибыли от реализации вторичной топливной продукции – биогаза и жидких удобрений). Срок окупаемости биоустановки по переработки 58 т в сутки пищевых отходов составляет около 2 лет.

Разработаны рекомендации по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.

Разработан проект технического задания для прикладных НИР по теме: «Разработка технологических процессов утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания»

Согласно календарному плану и техническому заданию на выполнение научно-исследовательских работ создана экспериментальная установка для утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания. В качестве бродильной камеры, представлен реактор объемом 0,3 м3 с рубашкой и винтовым перемешивающим устройством. В качестве хранилища газа используется мокрый газгольдер низкого давления колокольного типа вместимостью 0,7 м3. Контроль сброса газа осуществляется визуально через глазок и мерную линейку, а также в автоматическом режиме УЗ датчика. Устройство для отбора проб выполнено из стали марки 08Х18Н10Т.

Проведены пуско-наладочные работы экспериментальной установки для утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания.

Проведены испытания установки для утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания. Проверено соответствие объекта испытания требованиям технического задания. Условия эксплуатации установки соответствовали ГОСТ 15150-69.

Разработана эскизная конструкторская документация на эксперимен-тальную установку. Эскизная конструкторская документация на экспериментальную установку включает в себя:

• эскиз вида общего УБ 00.000.00ВО;

• схема технологическая УБ 00.000.00А2;

• вид общий газгольдера и его деталировки УБ 02.000.00;

• вид общий биореактра и его деталировки УБ 01.000.00;

• вид общий перемешивающего устройства УБ 01.030.00;

• вид общий загрузочной воронки УБ 04.000.00;

• вид общий емкости для сбора шлама УБ 03.000.00;

• принципиальная электрическая схема УБ 00.000.00Э.

Эскизная конструкторская документация выполнена в соответствии с требованиями ГОСТ 2.125-88.

В ходе анализа выполнения требований технического задания на НИР было установлено, что за время выполнения данного проекта достигнуты все цели, задачи НИР и требования Технического задания.

Проведенная технико-экономическая оценка показала, что рыночный потенциал использования установок анаэробного сбраживания пищевых коммунально-бытовых отходов оценивается очень высоко.

Были разработаны рекомендации и предложения по использованию результатов работы в реальном секторе экономики.

Выполненная НИР позволяет рассмотреть использование результатов в экономическом, экологическом, техническом решениях технологических основ создания технологий сбора и утилизации отходов в местах образования методом анаэробного сбраживания.

Получены экспериментальные данные по функционированию анаэробных систем утилизации коммунально-бытовых отходов, определены основные характеристики и параметры процессов при различных условиях, выявлены пути совершенствования систем и оптимального управления ими в условиях промышленного применения. Получены экспериментальные данные по функционированию процессов анаэробного сбраживания различных сырьевых комплексов. Изучен механизм биохимических превращений в системах анаэробного сбраживания.

Анаэробная обработка отличается высоким качеством очистки высококонцентрированных отходов, возможностью получения источника энергии (горючего газа), отсутствием энергозатрат на аэрацию, малыми количествами избыточной биомассы и возможность получения высококачественных органических удобрений.