Расчёт по геологии (копия). Компостирование органоминеральных отходов
 Скачать 0.55 Mb.
|
Кафедра «Химическая технология и промышленная экология» Расчетно-пояснительная записка по курсу: «Основы геоэкологии» на тему: «Компостирование органо-минеральных отходов» Вариант 7 Студент 3-ИНГТ-11: Киреева Р.А. ____________ (подпись) Руководитель: Чертес К.Л. ___________ (подпись) Самара 2022 Введение В последнее время во всем мире возросло внимание к утилизации отходов растительного и животного происхождения. На лесоперерабатывающих и целлюлозно-бумажных предприятиях накапливается огромное количество древесных остатков – коры, щепы, опилок и др., которые вывозят в отвал, сжигают или оставляют гнить. Отходы переработки древесного сырья являются активными загрязнителями почвы, воды и воздуха и представляют серьезную опасность для окружающей среды. Остатки древесных пород в лесных биогеоценозах служат основным фактором и материалом гумусообразования. Именно поэтому наиболее рационально использовать древесные отходы для производства органических удобрений, в частности древесных компостов. Этот вопрос приобретает значение в связи с тем, что интенсивное ведение земледелия приводит к снижению почвенного плодородия вследствие достаточно быстрой минерализации гумуса, а это требует компенсации его потерь путем внесения органического удобрения. Кроме того, плохие физико-химические свойства нативного навоза и помета приводят к нерациональному использованию питательных веществ, отрицательному воздействию на окружающую среду. Более того, не достигается главная функция органических удобрений – улучшение всех свойств почвы и оптимизация их гумусного состояния. Поэтому целесообразным приемом их утилизации, в первую очередь с агроэкологической точки зрения, является компостирование с различными органогенными целлюлозосодержащими материалами. Теоретические основы процесса компостирования Компостирование смеси отходов и наполнителей следует рассматривать как биохимическую деструкцию их органической части в контролируемых условиях. При этом возникает явление термогенеза - саморазогрева компостируемой смеси за счет неполного использования микроорганизмами выделяемой ими энергии. Компостирование - процесс аэробный, т.е. компостной микрофлоре для энергетического обмена необходим кислород воздуха. Аэробное разложение минерализует сложные органические вещества осадка с образованием углекислоты, аммиака, воды, нитратов, ортофосфатов, сульфатов и нерастворимых силикатов, гумминовых соединений. Стехиометрическая потребность в кислороде определится из уравнения C10H19ON + 12,5 O2 = 10 CO2 + 8 H2O + NH3 , т.е. для полного микробиального окисления 1 г органического вещества необходимо около 2 г кислорода. Учитывая неполное окисление органики (лишь на 33- 56%), потребность в кислороде снижается до 0,5 г на 1 г органики, что эквивалентно 1,7 л воздуха на 1 г органики. При компостировании сначала разлагаются белки, моносахариды органического вещества осадка, а также полисахариды, крахмал до CO2, H2O, NО3 с выделением тепловой энергии. Белки разлагаются до полипептидов и аминокислот, а сахариды через сложные ферментативные процессы - до углекислоты и воды. Одновременно происходит разложение аминокислот до аммиака. Минерализация белковых веществ заканчивается с образованием нитритов и нитратов. Интенсивность нитрификации может служить показателем степени готовности компоста, что считается критерием завершенности процесса. Следующая стадия характеризуется разложением геммицеллюлозы, а затем и целлюлозы, преимущественно в наполнителях. Большое разнообразие соединений, составляющих органическое вещество смеси осадков и наполнителей, обуславливает их различную стойкость и поэтапность распада в результате фазовой смены микроорганизмов. Первая фаза - быстрого нарастания температур - протекает при усиленном размножении мезофилов аммонифицирующей группы (Т=25-30оС). Субстратом для них являются легкоразлагаемые азотсодержащие вещества и углеводы. В результате выделяются тепло, углекислота и вода. На этой фазе отсутствуют нитрифицирующие бактерии, а содержание грибов, водорослей и целлюлозоразрушающих бактерий незначительно. С ростом температуры до 35-40оС появляются споровые формы термофилов, использующих в качестве субстрата отмершие клетки мезофилов и разлагающих более стойкие углеводы. Фаза быстрого нарастания температуры может длиться от одних до нескольких суток, а потери органического вещества составляют 5-15%. Вторая фаза - высоких температур - характеризуется быстрым ростом термофильных бактерий. Температура на этой фазе достигает 60-80оС, длительность - от нескольких суток до трех месяцев, а потери органического вещества - 15-30%. Третья фаза - медленное падение температуры. Термофилы отмирают, так как израсходованы легкодоступные формы питания. Развиваются терморезистентные формы споровых бактерий, мезофильные актиномицеты и грибы, которые используют в качестве источника питания отмершие тела термофилов. На этой стадии протекают процессы разрушения клетчатки, лигнина и происходит глубокая минерализация органического вещества, потери которого достигают 60-75%, и дозревание компоста. Компост на основе органо-минеральных отходов - есть санитарно-безопасный, транспортабельный продукт, пригодный к использованию в качестве техногенного органо-минерального грунта. Готовым к использованию является компост, выдержанный при температуре свыше 55оС и остывший. Повторное увлажнение компостной массы весом 1 т до влажности 60-65% не должно приводить к последующему подъему температуры в нем более чем на 3-5оС. Примерная продолжительность процесса - 21-30 суток в теплое время года и 30-70 суток в холодное (без учета стадии дозревания с целью накопления гумуса и получения заменителя почвы). Расчет объемов компостируемых материалов По заданию преподавателя требуется рассчитать площадку биотермической обработки органо-минеральных отходов по следующим исходным данным:
Количество исходной смеси сырых осадков сточных вод и избыточного активного ила:   Количество исходных обезвоженных осадков, направляемых на компостирование:   Расчетное объемное соотношение осадка и наполнителя Аос : В нап   Для удобства объемная доля осадка А ос принимается равной 1. Тогда после преобразования формулы объемная доля наполнителя определится:   Объем наполнителей V нап, подаваемых на компостирование с осадком:   Количество исходной компостной смеси осадка и наполнителя V см:   Полный объем рециркуляционного компоста V рец:   Масса исходной компостной смеси осадка и наполнителя М см:   Выбор метода компостирования осадка и назначение состава технологической схемы Метод компостирования выбирается в зависимости от производительности КОС: - для КОС производительностью до 10 тыс. м3/сут. - полевое компостирование в грядах с естественной аэрацией и формированием исходной смеси ковшом землеройно-погрузочной техники; - для КОС - 10-50 тыс. м3/сут. - компостирование в статических штабелях с принудительной искусственной аэрацией и формированием исходной смеси в стационарных смесительных устройствах; - для КОС - 50 - 100 тыс. м3/сут. и более - механизированное компостирование в статических или динамических аэрируемых реакторах с последующим дозреванием в статических штабелях без принудительной аэрации. При полевом компостировании (для КОС производительностью до 10 тыс. м3/сут.) в состав технологической схемы входят: - площадка для складирования наполнителя; - площадка исходного осадка после сушки на иловых площадках; - площадка для перемешивания осадка и наполнителя землеройно-погрузочной техникой с одновременным формированием в гряды; - участок дозревания и хранения готового компоста. При компостировании в статических штабелях (для КОС - 10-50 тыс. м3/сут.) в состав технологической схемы входят: - площадка для складирования наполнителя; - накопитель обезвоженного осадка; - бункер обезвоженного осадка; - сепаратор для сортировки наполнителя; - измельчитель крупных фракций наполнителя; - питатели осадка и наполнителя; - стационарный смеситель осадка и наполнителя; - транспортер выгрузки исходной компостной смеси; - площадка компостирования в статических штабелях; -система аэрации статических штабелей, включающая нагнетательные устройства и систему перфорированных трубопроводов под основанием штабелей; -участок дозревания и хранения готового компоста. При компостировании в реакторах (для КОС - 50 - 100 тыс м3/сут и более) в состав технологической схемы входят: - склад наполнителя; - бункер обезвоженного осадка; - сепаратор для сортировки наполнителя; - измельчитель крупных фракций наполнителя; - питатель осадка или установка транспортирования осадка; -транспортеры подачи сортированного и измельченного наполнителя; - смесители осадка и наполнителя; - транспортер выгрузки исходной компостной смеси; -реактор-ферментатор периодического или непрерывного действия; -система принудительной аэрации реактора, включающая нагнетательные устройства и систему перфорированных трубопроводов; - участок дозревания и хранения готового компоста. Подбор сооружений для компостирования осадка и их расчет Склад наполнителя 1. Площадка для складирования наполнителя   Площадка для складирования осадка   Площадка и технология перемешивания осадка и наполнителя землеройно-погрузочной техникой с одновременным формированием в гряды   - площадь суточного объема тяжей перемешиваемых осадка и наполнителя:   - площадь технологического зазора между тяжами:   где  - площадь объема одновременно компостируемой смеси осадка и наполнителя:   Участок дозревания и хранения готового компоста   где    Основные элементы схемы компостирования осадка в статических штабелях Расчет бункера обезвоженного осадка - площадь горизонтального сечения в верхней части бункера:   - высота пирамидальной части бункера:   - объем пирамидальной части бункера:   - полный объем бункера:   - объем верхней части бункера:   - высота верхней части бункера:   - полная высота бункера:   Выбор и расчет устройств для сортировки и измельчения наполнителя Для сепарации (сортировки) отходов деревообработки и торфа можно рекомендовать горизонтально-вибрационные и качающиеся сепараторы. Воздушные сепараторы применяют реже при плотности наполнителей менее 0,3 т/м3 и влажностью до 20%. Для измельчения растительных отходов и торфа - соломорезки, торфорезки, измельчители кормов, молотковые дробилки. Сеператоры  
Измельчители  
Серийные смесители для производства компостных смесей в отечественной промышленности отсутствуют. Поэтому их выбирают из смежных технологий (химическая, пищевая, комбикормовая промышленность, производство строительных материалов и др.). Выбору смесителя предшествует определение типа смесительного агрегата (его рабочего органа) в зависимости от исходной влажности осадка.
Расчет смесителя сводится к определению объема его бункера Vб при заданных продолжительностях перемешивания, загрузки и выгрузки:  
Устройства для подачи осадка к узлу механизированного смешения (питателя осадка) -количество рабочих агрегатов УТК   Число резервных УТК зависит от фактической производительности корпуса смешения по исходной компостной смеси. Число резервных УТК – 2.  Рис.3. Компоновка узла механизированного приготовления компостной смеси 1 - бункер обезвоженного осадка; 2 - установка транспортирования осадка; 3 - трубопровод осадка; 4 - смеситель; 5 - Бункер наполнителя; 6, 11, 15 - наклонные транспортеры; 7 - дозировочный бункер; 8,12 - горизонтальные транспортеры; 9 - измельчители наполнителя; 10 - делители; 13 - самосвал; 14 - бункер циркуляционного компоста. Расчет элементов площадки компостирования и хранения компоста в статических штабелях с принудительной аэрацией -объем статического штабеля с искусственной аэрацией Vст: В отличие от полевого компостирования в грядах с естественной аэрацией, в схемах со статическими штабелями перемешивание компостируемого материала не применяется. Сразу после стационарного смесителя исходная смесь погрузчиком (реже транспортером) направляется на формирование в штабель треугольного или трапециевидного сечения, под основанием которого проходит перфорированный трубопровод от воздуходувной станции. Продолжительность обработки зависит от климатического района. Климатический район – Средняя полоса.   -общая длина штабеля Lст:   -суточная длина штабеля lсут:   -суточный объем изоляционного покрытия Vиз сут: Для предотвращения теплопотерь при термогенезе и равномерного обеззараживания компостируемого материала, особенно в холодное время года, статический штабель изолируется поверху слоем наполнителя или рециркуляционного компоста.   -полный объем изоляционного покрытия Vиз полн:    Рис.4. Компоновка комплекса биотермической обработки осадков для КОС производительностью 50 тыс.м3/ сут сточных вод: 1 - вакуум-фильтры, 2 - установка транспортирования кека, 3 - сепаратор наполнителя, 4 - измельчитель отходов деревообработки, 5 - измельчитель растительных отходов и лигнина, 6 -смеситель, 7 - транспортеры, 8 - воздуходувки, ---в---- - воздухопровод. Литература. Компостирование органо-минеральных отходов: Учебное пособие по дисциплине “Основы геоэкологии”/ Сост. К.Л.Чертес; Самар.гос.тех. ун-т, Самара, 2017. 33 с. «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» / сост. Е. Л. Имранова, О. А. Кириенко. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2010. – 17 с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
