| Вид животных | Выход экскрементов, кг/сут. | Влажность, % |
| Хряки | 11,1 | 89,4 |
| Свиноматки: |
| |
| холостые | 8,8 | 90,8 |
| супоросные | 10,0 | 91,0 |
| с поросятами | 15,3 | 90,1 |
| Поросята-отъёмыши массой до 30 кг | 2,4 | 86,0 |
| Свиньи на откорме, кг: |
| |
| < 40 | 3,5 | 86,6 |
| 40-80 | 5,1 | 87,0 |
| > 80 | 6,6 | 87,5 |
Таблица 7.4
Нормы выхода экскрементов крупного рогатого скота, кг/сут, при влажности 86 %
| Вид животных | Кал | Моча |
| Быки-производители | 30 | 10 |
| Коровы | 35 | 20 |
| Телята до 6 месяцев и на откорме до 4 месяцев | 5 | 2,5 |
| Молодняк: |
| |
| 6-12 месяцев и на откорме 4-6 месяцев | 10 | 4 |
| на откорме 6-12 месяцев | 14 | 12 |
| 12-18 месяцев и нетели | 20 | 7 |
| на откорме старше 12 месяцев | 23 | 12 |
Влажность, %, жидкого навоза, выходящего из комплекса:
(7.7)
где Wki – влажность навоза, получаемого на линии удаления, %.
Масса абсолютно сухого вещества, т:
. (7.8)
Таблица 7. 5
Расход чистой воды, л/сут. на 1 животное, необходимойдля удаления экскрементов из системы
| Тип системы удаления навоза | Свиньи при групповом содержании | Крупный рогатый скот | |
| Откормочный и нетели | Молоч-ный | ||
| Самотечная система непрерывного действия (расход воды при пуске) | 1,5 | 8-9 | 15-16 |
| Самотечная система периодического действия | 5-8 | 15-17 | 30-32 |
| Смывная система (баки, насадки, бесканальные гидросмывные установки) | 20 | 30-50 | 40-60 |
Суточный выход биогаза V бг, м3/сут.:
(7.9)
где g – удельный выход биогаза, м3 на 1т перерабатываемого субстрата или сухого вещества; L – суточное количество перерабатываемого субстрата (или сухого вещества), т/сут.
Рассмотрим пример расчётов по приведённым формулам. Определить количество биогаза, образующегося при совместном сбраживании отходов коровника на 22 головы крупного рогатого скота, телятника на 18 телят, свинарника на 10 свиней и курятника на 40 кур. По технологическим нормам определяется количество экскрементов: количество твердых выделений (навоза) на одну условную голову крупного рогатого скота принимается равным 30 кг/сут. и мочи 12 кг/сут., на одну условную голову теленка соответственно 3 кг/сут. и 2 кг/сут. Количество измельченной подстилки для КРС принимается равной 3 кг/сут., для телят 2 кг/сут.
Общая масса выделений и соломы на одну голову крупного рогатого скота составляет:
30 + 3 + 12 = 45 кг.
На одну голову теленка она составляет:
5 + 2 + 2 = 9 кг.
Теперь определим усредненную влажность всей массы, подлежащей сбраживанию в биореакторе.
Количество сухого вещества в твердых выделениях крупного рогатого скота:
300 (100-84) / 100 = 4,8 кг;
– для телят:
5 (100-84) / 100 = 0,8 кг.
Количество сухого вещества в соломе для КРС:
3(100-14) / 100 = 2,58 кг;
– для телят:
2(100-14) / 100 = 1,72 кг.
Количество сухого вещества в моче КРС:
12(100-94) / 100=0,72 кг;
– для телят
2(100-94) / 100 = 0,12 кг.
Общее количество сухого вещества в смеси экскрементов и подстилки для КРС:
4,8 + 2,58 + 0,72 = 8,1 кг;
– для телят:
0,8 + 1,72 + 0,12 = 2,62 кг.
Усредненный процент сухого вещества в смеси для крупного рогатого скота:
8,1×100/45=18 %;
– для телят:
2,62×100/9 = 29,3 %.
Отсюда влажность всей массы для крупного рогатого скота:
100 – 18 = 82 %;
для телят:
100 – 29,3 = 70,7 %.
Влажность субстрата, загружаемого в реактор, принимается равной 88-90 %. Количество смеси на одну голову крупного рогатого скота при влажности 90 % составит:
45(100-82)/(100-90)=81 кг;
на одну голову теленка
9(100-70,7)/(100-90)=26,37 кг.
Общее количества субстрата влажностью 90% для КРС и телят составит:
81×22 + 26,37×18 = 2256,66 кг = 2507,4 л.
Количество твердых выделений на 1 свиную условную голову принимается равным 5 кг/сут., мочи – 2 кг/сут., измельченной подстилки – 2 кг/сут., что эквивалентно соответствующим показателям для телят, поэтому расчёт производится аналогично.
Общее количество навоза влажностью 90 % для свиней:
26,37×10 = 263,7 кг = 293 л.
Количество выделений от всех цыплят принимается равным количеству навоза от 1 головы КРС, т.е. 81 кг или 90 л.
Общее количество субстрата от всех животных:
2507,4 + 293 + 90 = 2890,4 л = 2,89 м3.
V бг = 2,89×25 = 72,76 м3/сут.
7.1.3 Определение выхода биогаза на полигонах и свалках ТБО
Для расчёта выхода биогаза на полигонах и свалках ТБО используется более 15 методик, принятых в различных странах. На территории РФ для расчётов используется методика АКХ им. К. Д. Памфилова. Удельная масса биогаза Q w, кг/(кг отх.), при метановом брожении 1 кг влажных отходов за период активной стабилизированной генерации определяется как:
Qw = 10-6 R (100 – φ)(0,92 Ж + 0,62 У + 0,34); (7.10)
где R – содержание органической составляющей в отходах, %; φ – влажность отходов, %; Ж – содержание жироподобных веществ, %; У – содержание углеводоподобных веществ, %; Б – содержание белковых веществ, %.
Период полного сбраживания быстро разлагающейся органической части отходов Т сбр, лет,определяется по уравнению:
Т сбр = 10248∙(t ср.тёпл) -0,301966/ Т тёпл; (7.11)
где Т тёпл – тёплый период года, дней, в пределах которого температура воздуха выше 0 °С; t ср.тёпл – средняя из среднемесячных температура воздуха в районе полигона за тёплый период года, °С.
Количественный выход биогаза, т/год, отнесенный к 1 т отходов, Р уд, кг/(кг отх.∙год), определяется как:
Р уд = Qw / Т сбр; (7.12)
Суточный объём выделяемого i -го компонента биогаза Vi, м3/сут., определяется как:
(7.13)
где ci – концентрация i -го компонента в биогазе, кг/м3; rвозд – плотность воздуха, кг/м3; M отх – масса захороненных отходов на полигоне или свалке, кг.
Для расчёта величин выбросов подсчитывается количество активных отходов, стабильно генерирующих биогаз, с учётом того, что фаза анаэробного стабильного разложения органической составляющей отходов наступает в среднем через 2 года после их захоронения. При подсчёте возможны два варианта:
1) если полигон функционирует менее периода полного сбраживания T cбр,то учитываются все отходы, завезенные с начала работы полигона, кроме завезённых в последние 2 года;
2) если полигон функционирует более периода полного сбраживания T cбр,то подсчитываются отходы, завезенные за период T сбр кроме завезённых в последние 2 года.
Рассмотрим пример расчётов по приведённым формулам. Полигон функционирует на территории Московской обл. с 2002 г. Ежегодно на него завозится 208200 т отходов. Тёплый период составляет Т тёпл. = 244 дня, средняя из среднемесячных температура воздуха за тёплый период года t cp.тепл.= 11,67 °С. Результаты анализов проб отходов, отобранных на полигоне: органическая составляющая в отходах R = 55 %, жироподобные вещества в отходах Ж = 2 %, углеводоподобные У= 83 %, Б= 15 %, средняя влажность отходов φ= 47 %. С помощью газоанализатора установлено, что содержание метана в биогазе составляет 0,661 кг/м3.
Удельный выход биогаза за период активного его выделения:
Qw = 10-6∙55(100 – 47)(0,92∙2 + 0,62∙83 + 0,34∙15) = 0,17024 кг/кг отх.
Период активного выделения биогаза составит:
Т сбр = 10248∙11,67 -0,301966 / 244 ≈ 20 лет.
Активно вырабатывают биогаз отходы, завезённые на полигон за период с начала его работы (2002 г.) до момента расчёта (конец 2017 г.) минус последние 2 года, т.е. за 14 лет:
208200∙14 = 2914800 т = 2914,8∙106 кг.
Суточный объём выделяемого метана составит:
.
Полигон г. Ижевска
Полигон ТБО располагается на 12 километре Сарапульского тракта. Его площадь 12,4 га. Отходы свозились с 1946 по 2013 год. Высота слоя отходов 35м. На рисунке 2.2 приведен вид сверху на данный полигон.
Рисунок 2.2. Полигон ТБО по Сарапульскому тракту
Морфологический состав ТБО влияет на количество выделяемого биогаза и определяется опытным путем. В табл.2.3 представлены состав ТБО в США и России [26] и в г.Ижевске [1]. В табл.2.4 приведен химический состав для ТБО
[16] в РФ и для г. Ижевска [1].
Таблица 2.3. Состав ТБО в США, России и г.Ижевске
| Компоненты ТБО | Содержание, % | |||
| США | Россия | г. Ижевск | ||
| Бумага и картон | 40,0 | 20-36 | 17,5-20,5 | |
| Стекло | 7,0 | 5-7 | 3-7 | |
| Металлы | 8,5 | 2-3 | 3,5-6 | |
| Пластик | 8,0 | 3-5 | 2,5-5 | |
| Текстиль | 2,1 | 3-6 | 5,5-8,5 | |
| Резина и кожа | 2,5 | 1,5-2,5 | 1,5-3 | |
| Древесина | 3,6 | 1-4 | 1-2,5 | |
| Пищевые отходы | 7,4 | 20-38 | 35,5-45 | |
| Другие компоненты | 20,9 | 10-35,5 | 10-30 | |
Таблица 2.4. Химический состав ТБО в РФ и для г.Ижевска, % сухой смеси
| Показатель | Пределы изменения для климатической зоны РФ и для | |||||||||||||
| г. Ижевска | ||||||||||||||
| Средней | Южной | Северной | г. Ижевска | |||||||||||
| Органическое | 56-72 | 56-80 | 55-60 | 64,5-67,5 | ||||||||||
| вещество | ||||||||||||||
|
|
| |||||||||||||
| Зольность | 28-44 | 20-44 | 40-45 | 33-40 | ||||||||||
|
|
| |||||||||||||
| Общий азот | 0,9-1,9 | 1,2-1,7 | 1,2-1,6 | 0,6-0,8 | ||||||||||
|
|
|
| ||||||||||||
| Кальций | 2,0-3,0 | 4,0-4,7 | 2,1-4,8 | Не опред. | ||||||||||
|
|
| |||||||||||||
| Углерод | 30,0-35,0 | 28,0-39,0 | 28,0-30,0 | 18-20 | ||||||||||
|
|
|
| ||||||||||||
| Фосфор | 0,5-0,8 | 0,5-0,08 | 0,4-0,5 | Не опред. | ||||||||||
|
|
|
| ||||||||||||
| Общий калий | 0,5-1,2 | 0,5-1,1 | 0,4-0,5 | Не опред. | ||||||||||
|
|
| |||||||||||||
| Сера | 0,2-0,3 | 0,2-0,3 | 0,2-0,3 | 0,1 | ||||||||||
|
|
|
| ||||||||||||
| рН | 5,0-6,0 | 5,0-6,0 | 5,0-6,5 | Не опред. | ||||||||||
|
| ||||||||||||||
| Влажность, % общей | 40-50 | 40-70 | 43-58 | 40-55 | ||||||||||
| массы | ||||||||||||||
|
|
| |||||||||||||
| Плотность, т/м3 | 0,18-0,25 | 0,18-0,25 | 0,18-0,25 | 0,19-0,21 | ||||||||||
Из табл.2.3 видно, что ТБО г. Ижевска содержат большее количество металлов по сравнению с ТБО для других регионов России. Это, вероятно, связано с характером производств в г.Ижевске и, как следствие, большим объемом промышленных отходов, попадающих на полигон ТБО.
Из табл.2.3 видно, что городские ТБО содержат такие компоненты как стекло, бумага, пластмассы, резину, черные и цветные металлы, органические отходы. Можно также упомянуть отходы бытовой химии. Можно охарактеризовать эти компоненты следующим образом [27]:
Стекло: осколки оконного стекла, бутылки для напитков одноразового и многократного использования и др.;
Бумага: упаковка, газеты, офисная бумага и др., Металлы: черные металлы (железо, сталь); тяжелые металлы и цветные
металлы (свинец, кадмий, хром, ртуть, кобальт, алюминий, олово, медь, никель, латунь) поступают с отходами различной технических приборов и устройств, алюминиевыми банками и др.;
Резина: автопокрышки и др.; Органические отходы: пищевые отходы, дерево, листья и др.;
Пластмассы: полипропилен (используется для электротехнических изделий); полиэтилен (используется для большого ассортимента различных изделий: посуда, пакеты, игрушки, пленки и т.п.); поливинилхлорид (пробки от бутылок, кредитные карточки, игрушки, аудио-видео кассеты, линолеум); полистирен (пластиковая посуда, упаковочные материалы); полиэтилентерефталат (пластиковые бутылки); поликарбонат (для автомобилей, в электронном оборудовании, в строительных материалах).
|
|
| L m M 0(1 e kT) Q w M 0, |
| (2.11) |
| можно |
| (2.10) |
