Научная работа Проблема села и альтернативные виды топлива

"Проблема села и альтернативные виды топлива"

Абстракт

Цель работы: - Практически выяснить способы получения альтернативного вида топлива из навоза сельскохозяйственных животных, обеспечения экологической безопасности и получения экологически чистого газообразного топлива.

Задачи исследования:

- оценка использования каменного угля и нефтепродуктов как источников экологической опасности;

- определение физических характеристик процесса сбора биогаза из экскрементов (навоза) сельскохозяйственных животных

- экспериментальные исследования получения альтернативного вида топлива из навоза сельскохозяйственных животных, и разработка устройства системы сбора биогаза в специальные биогазовые установки в частных фермерских хозяйствах

- разработка рекомендаций по определению эколого-экономического эффекта от внедрения систем сбора, транспорта и утилизации биогаза.

Методы исследования :

-аналитическое обобщение известных научных и технических результатов о биогазах,

- физическое моделирование, обработку экспериментальных данных методами математической статистики.

-гипотетический диагностика, основанная на разработке гипотезы, научного предполо­жения, содержащего элементы и оригинальности, подтверждающая экспериментально.

Гипотеза исследования:

Биогаз- продукт сбраживания органических веществ (биомассы), представляющей смесь метана с углекислого газа.

1.Гипотеза. Биогаз образуется быстрее в сочетании коровьего экскремента в сочетании жидкими бытовыми отходами:

-очистки картофеля, морковки, капусты, хлеба, яблок

-остатки супа, каш, соков

- синтетических посуд, чем смесь коровьего экскремента с чистой водой:

так как в пищевых отходах большое содержания белков, углеводов, аминокислот, что повлияют на быстрое брожения коровьего экскремента.

2. Гипотеза. Биогаз образуется быстрее в сочетании лошадиного экскремента в сочетании с чистой водой, так как метановое брожение будет более чистое от примесей аммиака и других ненужных неорганических и органических веществ.

3. Гипотеза. . Биогаз образуется быстрее в сочетании овечьего экскремента в сочетании с чистой водой, так как овечий кизяк очищен от всех ненужных органических соединений

18

Abstract

Objective: - Almost figure out ways to get alternative fuel from manure of farm animals, environmental safety and getting clean gaseous fuels.

Research objectives:

- Evaluation of the use of coal and oil as sources of environmental risk;

- Determination of the physical characteristics of the collection of biogas from livestock manure

- Experimental studies, the alternative fuel from the manure of farm animals, and the development of the biogas collection system devices in special biogas plants in private farms

- Recommendations on the definition of environmental and economic impact of the introduction of systems for the collection, transport and utilization of biogas.

Methods:

Analytical generalization known scientific and technical results of the biogas

- Physical modeling, experimental data processing methods of mathematical statistics.

-Hypothetical diagnosis based on the development of hypotheses, scientific assumptions ¬ tion containing elements and originality is confirmed experimentally.

The hypothesis of the study:

Biogas-product of fermentation of organic matter (biomass), which is a mixture of methane and carbon dioxide.

1. Hypothesis. Biogas is formed faster in combination cow defecating

combined liquid waste:

, Potato, carrot, cabbage, bread, apples

-Remnants of soup, cereal, juice

- Synthetic Dishes than a mixture of cow defecating with clean water:

because food waste high protein, carbohydrates, amino acids, which affect the rapid fermentation of cow defecating

2. Hypothesis. Biogas is produced faster combined equine defecating

combined with clean water, as methane fermentation will be more clear from the impurities of ammonia and other waste organic and inorganic substances.

3. Hypothesis. . A biogas appears quicker in combination of sheep defecating

in combination with clean water, because sheep manure is purged from all unnecessary organic compounds

19

Процедура исследования:

- Сбор информации альтернативного вида топлива (биогаза)из эскрементов сельскохозяйственных животных,

-Учет проработанной информации различных документов с указа­нием: фамилии и инициалов автора, названия источника, места издания, издатель­ства, года издания, объема источника в страницах.

-Проработка информации , работа с книгами, журналами, интернет

-Анализ прорабатываемой информации, в истории исследуемого вопроса, определения рубежа, новых идей, качественно изменившие направление исследований.

Предмет исследования - экскременты сельскохозяйственных животных, как

получения альтернативного вида топлива.

Продолжительность исследовательского проекта:

Начало исследования: 15 сентября 2012

Завершение исследования:15 февраля 2013

Этапы работы над проектом:

1 этап - подготовительный

2 этап - поисково-исследовательский

3 этап - оформительский

Основная часть

I. Теоретическое исследование:

1.1.Актуальность исследования

Данная тема: "Учимся жить без мусора" является очень актуальной.

Во-первых, непрерывный рост промышленности, как основного потребителя энергетической отрасли. Существует точка зрения, что при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет.

Во-вторых, необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работы связаны с организацией глубокого бурения и другими сложными и наукоемкими технологиями.

И, в третьих, самая основная -экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов и загрязнения окружающей среды как крупных городах, так и в малых селах. Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления.

Объектом нашего исследования является - экскременты сельскохозяйственных животных, из которых можно получить альтернативные виды топлива (биогаз). В настоящее время экологические проблемы в мире наблюдаются загрязнением от нефти и нефтепродуктов, каменного угля и мусора. 20

Проблемы мирового океана Загрязнения окружающей среды

Проблемы озонного слоя атмосферы Проблемы дороговизны и недостачи

горючего материала

С каждым годом во всем мире растут цены на нефть, нефтепродукты, каменный уголь, а также с этим наблюдаются экологический кризис на нашей зеленой планете, загрязнения окружающей среды, воздушного пространства, почвы, водоемов.

В последние годы проблемы села волнуют многих жителей страны:

нет качественных дорог, отсутствие водоснабжения, высокие цены на бензин, солярку и каменного угля, малое количество кормов и т.д.

Во многих селах наблюдается экологические нарушения территории из-за

не вывоза годами золы

21

Чрезмерного накопления экскрементов животных

Не утилизированные бытовые отходы

что могут привести к возникновению различных видов болезней и эпидемии.

Обеспечение экологической безопасности возможно путем их правильного обустройства и эксплуатации. Помимо сокращения ущерба, наносимого окружающей природной среде, достигается дополнительная энергетическая выгода от сбора и утилизации биогаза

Один из эффективных способов обеспечения экологической безопасности - это сбор биогаза с последующим энергетическим использованием его. На практике подтверждено, что использования биогаза является актуальным решением в экономическом и экологическом проблемах страны.

Автотранспорт сегодня практически полностью представлен автомобилями, работающими на ископаемом топливе. Более 99 % топлива, используемого на транспорте, производится из нефти. Однако автомобили могут ездить и на альтернативном топливе, вырабатываемом за счет возобновляемых источников энергии, в первую очередь, из биомассы.

22

Биогазовая установка - это комплекс по переработке сельскохозяйственных, производственных и бытовых отходов, очищающий предприятие от грязи, вырабатывающий электричество, тепло и высококачественные удобрения.

Современные технологии позволяют перерабатывать в биогаз любые виды органического сырья. Это навоз, птичий помет, зерновая и меласная послеспиртовая барда, свекольный жом, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки и пр.), бытовые отходы. Используются также отходы молокозаводов (соленая и сладкая молочная сыворотка). Можно производить биогаз из отходов переработки картофеля (очистки, шкурки, гнилые клубни и пр.), различных энергетических культур (силосной кукурузы, рапса, подсолнечника, овса, сахарной и кормовой свеклы вместе с ботвой, зерновых), а также травяного силоса, смеси клевера с другими травами и пр.

1.1 Цель исследования:

- определить основные виды выбрасываемые бытовые отходов и экскременты домашних животных, выявить возможность использования его как источника получения энергии.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачы:

1. Изучить литературу, для того чтобы выяснить состав и свойства бытовых отходов, экскременты домашних животных и можно ли их использовать в качестве альтернативного источника энергии

2. Теоретически определить способы и приемы получения биогаза из экскрементов домашних животных и бытовых отходов

3. Получить биогаз из экскрементов домашних животных и бытовых отходов собранных за неделю.

1.3. Проблема исследования

Важное гигиеническое значение для создания благоприятных условий проживания имеет санитарное состояние населенных мест и, в частности, вопросы сбора, утилизации, обезвреживания и обеззараживания бытовых отходов и сельскохозяйственных экскрементов.

С ростом поголовья скота в аулах количество мусора увеличилось в два и три раза, учитывая, что вывоз навоза проходит с перебоями. Как видно из приведенных примеров масштабы загрязнения окружающей среды в аулах таковы, что острота проблемы нарастает с каждым днём.

В связи с этим у нас возникает проблемный вопрос:

«А нельзя ли в сельской местности организовать биогазовые установки для переработки из экскрементов домашнего скота (навоза) и бытовых отходов?»

23

1.4. Научная новизна и теоретическая значимость исследования:

Данная работа в нашей школе проводилось впервые и является новизной для

теоретического изучения о альтернативных топливах (биогаза), о их видах и свойствах, практического получения биогаза из экскрементов животных и бытовых отходов а также установления биогазовых установок в частных домах сельской местности для того, чтобы учиться жить без мусора.

1.5. Практическая значимость исследования:

При правильном использовании экскрементов из животных и бытовых отходов можно в селах установить биогазовые установки в частных домах, так как это очень выгодно, экономично и экологически чисто. Биогаз можно использовать для отопления домов, сушки зерна, в качестве горючего для автомобилей и тракторов, для стационарных двигателей внутреннего сгорания. Он мало отличается от природного газа, которым нередко заправляют газобаллонные автомобили. Остаток брожения (шлам) можно брикетировать и использовать как твердое топливо, а также как удобрение.

Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО2, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана - лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.

Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

-фото проблемы села

-фото после биогазовой установки

Чисто не тогда, когда нет грязи, а когда всякая грязь на своем месте.

С сайта inpearls.ru/

24

1.6. Проблемная ситуация

На основе данных гипотез возникла проблемная ситуация: «В сочетании с коровьего, лошадиного и овечьего экскремента с чистой водой или с бытовыми отходами быстрее и качественнее образуется биогаз? »

Этот проблемный вопрос был заложен в объект исследования, так как он является для нас новым, еще не изученным, содержит в себе явное противоречие, вызывает интерес и требует развернутого ответа на основе мыслительного поиска и применения опорных знаний в ходе эксперимента.

1.7. Химический состав экскрементов животных и расчеты по их применению

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50-65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150-500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза - это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % - можно получить из жира.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Одна дойная корова дает в сутки от 30 до 70 кг навоза. Из 1 т навоза КРС можно получить 60 куб. м биогаза. Биогазовая установка будет экономически эффективной для ферм с поголовьем от 300-400 дойных коров.

Состав свежего навоза на соломенной подстилке (%) по данным Википедии. Вид животных Вода Орган. вещ-воАзот, N Фосфор, P2 Калий, K2O Кальций, CaO

Крупный рогатый скот 77,3 20,3 0,59 0,23 0,50 0,40

Лошади 71,3 25,4 0,77 0,28 0,63 0,21

Овцы, козы 64,6 31,8 0,83 0,23 0,67 0,33

Свиньи 72,4 25,0 0,65 0,19 0,60 0,18

Биогаз - газ, образующийся с помощью различных бактерий в процессе разложения органического материала без доступа воздуха (анаэробных) условиях. Этот процесс называют метаногенез или биометаногенез.

В простых биогазовых установках лучше перерабатывать только однородные и жидкие органические отходы: экскременты, свиней и птиц, траву, солому, кукурузные початки и многое другое.

Формула Содержание

1. CH4 40 - 70%

2. CO2 30 - 60%

3. H2S 0 - 3%

4. H2 0 - 1%

5. Другие газы 0 - 5%

25

Процентное содержание газов зависит от вида сырья, которое подвергается анаэробному сбраживанию.

Тип сырья Выход газа, м3/т (при влажности 85 %) Выход газа, м3/кг сухого вещества

1.Навоз КРС 38-51.5 0,250 -0,340

2.Свиной навоз 51,5-88 0,340 -0,580

3.Птичий помет 47-94 0,310 -0,620

4.Конский навоз 30.3-45,5 0,200 -0,300

5.Овечий навоз 45,5-94 0,300 -0,620

Расчёт в энергии для каждого хозяйства проводится из суммы всех потребительских ситуаций, таких как, например: обогрев помещений, приготовление пищи, освещение. Без внимания не должен оставаться тот факт, что потребление биогаза идёт ещё на подогрев сырья в реакторе в холодное время года.

Основные характеристики биогаза при содержании метана 50...80 % Характеристика Значение

1.Плотность при нормальных условиях, кг/м3 0,95 - 1,40

2.Низшая теплота сгорания, МДж/м3 18,0 - 27,5

3.Высшая теплота сгорания, МДж/м3 20,0 - 31,5

4.Температура воспламенения, 0С 650 - 750

5.Предел воспламеняемости (содержание в воздухе), % 6 - 12

6.Теоретический объём воздуха, необходимый для горения, мв/мб4,8 - 7,6

7.Содержание углекислого газа в сухих продуктах сгорания, % 14,3 - 21,0

8.Нормальная скорость распространения пламени, см/с 16 - 22

26

II. Практическая часть:

2.1. Цель работы: - Практически выяснить способы получения альтернативного вида топлива из экскремента сельскохозяйственных животных, обеспечения экологической безопасности и получения экологически чистого газообразного топлива.

2.2. Задачи исследования:

- определение физических характеристик процесса сбора биогаза из экскрементов сельскохозяйственных животных

- экспериментальные исследования получения альтернативного вида топлива из экскрементов сельскохозяйственных животных

2.3. Методы исследования:

-аналитическое обобщение известных научных и технических результатов о биогазах,

- физическое моделирование, обработку экспериментальных данных методами математической статистики.

-гипотетическая диагностика, основанная на разработке разработанных гипотез, научного предполо­жения, содержащего элементы и оригинальности, подтверждающая экспериментально.

2.4. Этапы исследования?

А) Организация рабочего места. Подготовка специального оборудования для сбора биогаза:

-Колбы большие - 6 штук, прономерованные

Лошадиный экскремент- 1А и 1Б

Коровий экскремент -2А и 2Б

Овечий экскремент -3А и 3Б

- держатели -6 штук

- приборы для сбора бигаза -6 штук

- воздушные шарики -6 штук

27

Б) Сбор экскрементов сельскохозяйственных животных.

В) Приготовления воды и жидкого бытового отхода

28

Г) Наполнения экскрементов в пробирки

Д) Наполнения в пробирки водой и жидким бытовым отходом

Юные экологи Жусупбаева Корлан и Султанов Алдияр во время исследований.

29

Е) Введение и наблюдение за практической деятельностью, составления дневника наблюдения и запись всех данных

3.Результаты исследований.

3.Вывод и заключение

Опираясь на результаты нашего исследовательского эксперимента и наблюдения, мы делаем вывод:

-для получения чистого биогаза лучше использовать коровий, овечий и лошадиный экскременты с чистой водой, но они вырабатывают намного меньше, чем экскременты с примесями бытовых отходов, так как в отходах много органических соединений и для этого

необходимо использовать фильтры для очистки неметановых примесей,

30

Без окурко в, бутылок, жестянок - было б больше красивых полянок…)

Давайте будем жить В ЧИСТОМ МИРЕ!

… и наши дети будут благодарны нам за ЭТО!:)

С сайта inpearls.ru/

Учимся жить защита экология

без мусора

Биогазовая

установка

дешевое отопление

экономия

затрат

на энергию

Использование животных

экскрементов

как топливо

Литература

В.Баадер, Е. Доне, М.Бренндерфер Биогаз. Теория и практика.

Barbara Eder. Heinz Schulz. 1996. Перевод на рус. Биогазовые установки. Практическое пособие.

Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. ГОСТ 5542-87.

Биореактор для производства водорода

Свалка

Ссылки

3D модель промышленной биогазовой станции на навозе и силосе

Биогаз своими руками

Передвижной генератор превращает мусор в спирт и электричество, Компьюлента

Видео биогазовой станции

Презентация "БиогазЭнергоСтрой" "Биогазовые станции"

1. Российское Энергетическое Агентство Пресс-Дайджест «Биотопливо», Март 2011 г. (solex-un.ru/sites/solex-un/files/energo_files/biotoplivo_mart.pdf).

2. Благутина В.В. Биоресурсы // Химия и жизнь. - 2007. - №1. - С. 36-39.

3. Мариненко Е.Е. Основы получения и использования биотоплива для решения вопросов энергосбережения и охраны окружающей среды в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве: учебное пособие. - Волгоград: ВолгГАСА, 2003. - 100 с.

4. Стребков Д.С., Ковалев А.А. Биогазовые установки для обработки отходов животноводства // Техника и оборудование для села. - 2006. - №11. - С. 28-30.

5. Панцхава Е.С. Возможности и перспективы развития биоэнергетики // Новости теплоснабжения. - 2007. - №2(78).

6. Малофеев В.М. Биотехнология и охрана окружающей среды: учебное пособие. - М.: Издательство Арктос, 1998. - 188 с.

7. elettracompany.com/node/87 - Альтернативная Энергетика.

Маслеева О.В., Пачурин Г.В. Экологическая и экономическая целесообразность использования биотоплива // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 6 (часть 1). - стр. 139-144;