Моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов

№94-1,

науки о земле

Настоящая работа направлена на создание технологии оздоровления окружающей среды территориально обособленного инновационно-производственного центра «Иннокам» Республики Татарстан, посредством переработки отходов агропромышленного комплекса с получением экологически безопасной полезной продукции. Целью настоящей работы является моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов и разработка алгоритма обеззараживания и утилизации из отходов животноводства, птицеводства и иловых осадков очистных сооружений с выработкой критериев оценки и прогнозирования состояния окружающей среды инновационно-производственного центра «Иннокам" Республики Татарстан. Разработка научных основ и принципов пиролитической переработки отходов жизнедеятельности и моделирование и автоматизация позволяет не только снизить накопленный объем отходов и максимально способствует реализовать и задействовать их энергетический потенциал. При этом можно и получить топливо, материал, сорбент, пищевую и кормовую добавку, синтезированный газ, который может быть использован в различных целях и приложениях.

Похожие материалы

Введение

За последние десятилетия возрос риск возникновения крупных экологических катастроф, вызываемых человеком и возникающих вследствие защитной реакции природы. Природные и антропогенные экологические катастрофы имеют исторический аспект. Различные природные катастрофы, такие как наводнения и лесные пожары, существовали на протяжении всей истории нашей планеты. Однако с развитием современной цивилизации возникли катастрофы нового типа, включающие опустынивание, деградацию земельных ресурсов, пылевые бури, загрязнение Мирового океана и др. Начало XXI столетия остро ставит задачи оценки риска экологических катастроф, принятия мер по их предотвращению. Другими словами, актуальной стала задача управления экологическими катастрофами. А это возможно при наличии необходимого информационного обеспечения о прошлом, текущем и будущем состоянии объектов окружающей среды, включая природные, природно-техногенные и антропогенные системы[11,12].

Негативное влияние антропогенной нагрузки на окружающую среду происходит вследствие бурного развития промышленности, энергетики, транспорта и химизации сельского хозяйства, возросла опасность загрязнения продукции животноводства, птицеводства и иловых осадков очистных сооружений ксенобиотиками различного происхождения [1-5].

При этом особую актуальность приобретает проблема накопления, переработки и использования отходов сельского хозяйства, в частности животноводства, птицеводства и иловых осадков очистных сооружений, имеющих высокий класс опасности и образующихся сотнями тысяч тонн ежегодно.

Научной новизной настоящей работы является моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных материалов на урбанизированной территории кластера на примере инновационно-производственного центра «Иннокам» Республики Татарстан от отходов животноводства, птицеводства и иловых осадков очистных сооружений.

Настоящая работа направлена на разработку критериев оценки, прогнозирования и технологии оздоровления окружающей среды территориально обособленного инновационно-производственного центра «Иннокам» посредством переработки отходов агропромышленного комплекса с получением экологически безопасной полезной продукции.

При этом чрезвычайно важное научно — практическое значение, имеет разработка способа и устройства для моделирования и автоматизации технологии выявление происхождение и определение количества вредных химических, техногенных, биогенных веществ, присутствующих в отходах растениеводства, животноводства, птицеводства и в иловых осадках далее переходящих в воздух, воду и почву, что и связано загрязнением окружающей среды.

Поступление вредных химических, техногенных, биогенных веществ, присутствующих в отходах растениеводства, животноводства, птицеводства и иловых осадков в высокоорганизованные живые организмы, и их потомства могут приводить к различным болезням не выясненной этиологии и далее способствующих к снижению жизнеспособности и населения разных возрастов.

На основании полученных теоретических, экспериментальных и производственных данных испытаний в процессе моделирования и автоматизации технологии определения появляется возможность разработать научные основы и принципы проекта оздоровления окружающей среды. Настоящая работа является фундаментальной и прикладной основой для сохранения жизнеспособности населения и продуктивного здоровья c.-х. животных и птиц с целью профилактики от различных болезней, которые связаны с внешними неблагоприятными факторами окружающей среды на территориально обособленном инновационно-производственном центре «ИнноКам" Республики Татарстан.

В настоящее время наиболее проблемными ее представителями являются отходы животноводства, птицеводства и осадок сточных вод (ОЖСВ). В связи с неуклонным ростом населения, растет антропогенная нагрузка на биосферу. Одной из важных экологических проблем современного общества является утилизация подобного вида отходов. Вся биомасса, согласно классификации, представленной в [6], подразделяется на первичную (растительная биомасса) и вторичную, образующуюся в результате различной степени переработки первичной. Отдельную группу во вторичной биомассе занимают такие виды органических отходов, как «отходы жизнедеятельности животных и птиц ».

Образующиеся ежедневно ОЖСВ складируются на территории водоочистных сооружений на иловых картах. За последние 15-20 лет на большинстве очистных сооружений очистка иловых карт не производилась, что привело к их переполнению [7]. Учитывая, что в 99% случаев водоочистные сооружения располагаются на берегах рек, возникает опасность выхода накопленных ОСВ за пределы иловых карт, что приведет к экологической катастрофе.

По данным всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) помет является фактором передачи более 100 возбудителей инфекционных и инвазионных болезней, может служить благоприятной средой для развития и длительной выживаемости патогенной микрофлоры, содержать повышенное количество пестицидов, медикаментозных препаратов, семян сорных растений и других загрязнений [8].

В условиях нехватки питательных элементов в растениеводстве основным направлением утилизации навоза, помета является его переработка и использование в качестве органических удобрений, однако для выбора экономически и экологически обоснованного решения не представляется возможным рекомендовать единую унифицированную машинную технологию утилизации при многообразии технологий, вариантов их оснащения и хозяйственных условий.

В настоящее время используется несколько способов решения проблемы переработки отходов жизнедеятельности организма человека, животных и птиц.. Но в предлагаемой работе речь идет о том, чтобы в некоторых системах жизнеобеспечения человека, животных и птиц использующих растения, например, в космических системах длительного полета, имелась возможность переработки отходов жизнедеятельности человека и несъедобной биомассы растений для получения из них удобрений. Продуктом утилизации в таком случае будут растворы минеральных веществ, используемых как удобрения. При этом учитываются специфические эксплуатационные особенности системы, в которых будут проводить переработку отходов, в частности их замкнутость.

Известные способы утилизации вышеуказанных отходов делятся в основном на два типа: сжигание высушенных отходов в воздухе при 1170 — 1370K или при 810K в атмосфере чистого кислорода [17]. Этот способ традиционно используется для утилизации отходов, начиная с бытового мусора и кончая космическими СЖО.

Недостатками этого способа являются выход ядовитых для человека и растений газов, включающих недоокисленные продукты и диоксины, зола содержит сплавленные, малорастворимые минералы. Вторым является "мокрое окисление", при котором процесс проходит в атмосфере чистого кислорода под давлением 140 атм и температуре 200 — 300oC, или "мокрое-суперкритическое" при 220 атм и 377oC [15,16].

В ранее проведенных исследованиях основное внимание при изучении технологий утилизации навоза, помета уделялось анализу влияния различных факторов на выполнения санитарно-гигиенических, физико-химических, агротехнических требований, производительность и экономическую эффективность отдельных процессов. В то же время оценка технологий и машин по уровню экологической безопасности встречается фрагментарно, практически [9,10].

Целью настоящей работы является моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов и разработка алгоритма обеззараживания и утилизации из отходов животноводства, птицеводства и иловых осадков очистных сооружений с определением критериев оценки и прогнозирования состояния окружающей среды инновационно-производственного центра «Иннокам" Республики Татарстан. Разработка научных основ и принципов пиролитической переработки отходов жизнедеятельности и моделирование и автоматизация позволяет не только снизить накопленный объем отходов и максимально задействовать их энергетический потенциал. При этом можно и получить топливо, материал, сорбент, пищевую и кормовую добавку, синтезированный газ, который может быть использован в различных целях и приложениях.

Материал и методы

Разработка способа и устройства выявления вредных химических, биологических веществ в отходах жизнедеятельности высокоорганизованных организмов направлены на моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов

Термические способы переработки имеют значительные преимущества перед остальными способами: в несколько раз снижается объем перерабатываемого сырья, тяжелые металлы в составе исходных ОЖСВ после термической переработки в основном локализуются в твердом остатке, перерабатывается практически 100 % всей органики, содержащейся в сырье, полностью уничтожается патогенная микрофлора.

Среди термических методов предпочтение следует отдать газификации и пиролизу, так как в результате этих процессов происходит конверсия исходного вещества в газообразное и жидкое топливо, в то время как при сжигании основным продуктом является тепловая энергия.

Моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов

В ранее проведенных исследованиях основное внимание при изучении технологий утилизации навоза, помета уделялось анализу влияния различных факторов на выполнения санитарно-гигиенических, физико-химических, агротехнических требований, производительность и экономическую эффективность отдельных процессов. В то же время оценка технологий и машин по уровню экологической безопасности встречается фрагментарно, практически отсутствуют методы проектирования и критерии оценки, прогнозирования и технологий утилизации навоза, помета, илового осадка обеспечивающие снижение негативного воздействие на окружающую среду. Переработка исходного углеводородного сырья в газ, имеющий более широкую сферу применения по сравнению с жидкой фракцией, представляется наиболее целесообразной, в связи с чем газификация имеет неоспоримое преимущество, заключающееся в высокой степени конверсии исходного сырья в газ (до 90%).

Ожидаемыми результатами настоящей работы являются:

  1. Способ для определения приоритетных загрязняющих веществ в отходах жизнедеятельности и илового осадка.
  2. Автомотизированная система для проведения технологии оздоровления среды обитания.
  3. Полезная модель для получения из отходов жизнедеятельности безопасных продуктов и веществ.
  4. Методология и научные принципы формирования концепции и программы экологического оздоровления кластерной территории на примере инновационно-производственного центра «Иннокам» Республики Татарстан.
  5. Оценка и прогнозирование эволюции и состояния окружающей среды интенсивно развивающегося агропромышленного комплекса на примере инновационно-производственного центра «Иннокам».
  6. Способ переработки иловых осадков очистных сооружений, отходов жизнедеятельности с.-х. животных и птиц методом пиролиза.
  7. Способ и устройства для получения продуктов из отходов животноводства, птицеводства и иловых осадков.

Нами предлагается моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и модифицированный способ оздоровления воздушной среды в зоне обитания человека и животных, предусматривающим высадку в открытом грунте комплекса растений для улучшения состава воздушной среды, причем указанный комплекс растений представляет собой аэрофитотерапевтический комплекс. Предлагаемый известный модуль, включает растения, оказывающие ароматическое и/или фитонцидное воздействие на человека, выражающееся в улучшении его общего самочувствия и работоспособности, дарующие моральную и физическую радость жизни посредством своего эстетического воздействия.

Заключение

На основании вышеизложенного разработку критериев оценки и прогнозирования технологий утилизации навоза, помета и иловых осадков, обеспечивающие экологическую безопасность, определяющих научное направление следует отнести к актуальным проблемам.

Таким образом, ожидаемые результаты имеют научное и практическое значение, и они направлены на обеспечение техносферной и экологической безопасности среды обитания человека и животных на территории инновационно-производственного центра «Иннокам» Республики Татарстан. Моделирование и автоматизация технологии оздоровления среды обитания и получение из отходов жизнедеятельности полезных безопасных продуктов и материалов имеет перспективу.

Список литературы

  1. Ахмадиев Г.М.Научные основы и принципы системы контроля и обеспечения экологической безопасности на урбанизированных территориях Республики Татарстан//Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация, № 3 (70), 2016,с.73-82
  2. Бернадинер М.Н., Жижин В.В., Иванов В.В. Термическое обезвреживание промышленных органических отходов// Экология и промышленность России. – 2000. – Апр. – С. 17-21.
  3. Кармазинов Ф.В., Пробирский М.Д. Технологический комплекс по обработке и утилизации осадков сточных вод на ЦСА Санкт-Петербурга// ВСТ. – 2001. – №8. – С. 2-7.
  4. Коммунальные сточные воды и перспективы их использования в сельском хозяйстве Западной Сибири/ А.В.Шуравин, Р.П.Воробьева, А.С.Давыдов и др. // Вода: экология и технологии.: Тез. докл. 4-го Международный конгресс. – М.: 2000. – С. 595-596.
  5. Скобелева Л.А., Храмцов Д.Ю., Гильманова Э.М. Экологический и технический надзор (практика осуществления) М.: ТК Велби, изд-во Проспект, 2008. -320 с.
  6. Basu, P. Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction (Second Edition). Practical Design and Theory / P. Basu. // Dalhousee University and Greenfield Research Incorporated. — Academic Press, 2013. —552 p.
  7. Бернадинер, И.М. Перспективная технология высокотемпературного обезвреживания осадков сточных вод / И.М. Бернадинер, П.В. Хорева // Вестник ПНИПУ. Урбанистика. – 2013. – № 4. – С. 85-96.
  8. Агеечкин, А. Куриный помет: большая проблема или хороший бизнес? [Электронный ресурс] / А. Агеечкин, О. Титов, В. Лысенко – Электронный журнал «Агарное обозрение». – 2008. Режим доступа: http://webpticeprom.ru/ru/articles-processing-waste.html
  9. Пискаева, А.И. Анализ способов переработки сельскохозяйственных органических отходов на примере куриного помета [Электронный ресурс] / А.И. Пискаева – Электронный журнал «Агроэкономика: экономика и сельское хозяйство». – 2016. – №4 (12). – Режим доступа: http://aeconomy.ru/science/agro/analiz-sposobov-pererabotki-selskokh/
  10. Сидоренко, О.Д. Биологические технологии утилизации отходов животноводства : учеб. пособие / О. Д. Сидоренко, Е. В. Черданцев. – М.: Изд- во МСХА, 2001. – 74 с
  11. Scientific bases and principles of obtaining carbon- metallic material by catalytic pyrolysis of ethanol To cite this article: G M Akhmadiev 2017 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng.240 012001//IOP Conference Series: Materials Science and Engineering
  12. Сафаров Р. Н., Ахмадиев Г. М. Разработка технологии переработки накопленных отходов в России // Бюллетень науки и практики. Электрон. журн. 2017. №11 (24). С. 221-226. Режим доступа: http://www.bulletennauki.com/safarov-akhmadiev
  13. Способ получения метанола и углеводородов бензинового ряда из синтез-газа: пат. 2610277 (С1) РФ: МПК C07C 29/151, C10G 3/00, C07C 1/20, C07C 31/04 / Кротов М.Ф. (РФ) и др.; патентообладатель ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»; заявл. 09.12.2015; опубл. 08.02.2017; № 13 (РФ). – 7 с.: 1 ил.
  14. Larina, O.M. Comparison of thermal conversion methods of different biomass types into gaseous fuel / O.M. Larina, V.A. Sinelshchikov, G.A. Sytchev // Journal of Physics: Conference Series. – 2016. – Vol. 774. – 012137.
  15. R.Jagov, Paper 72-ENAV-3, Environment control and life support system conferens. San Francisco, SAE 1972.
  16. M.Csposito. In Standard handbook of hazardous waste treatment and disposal. N.Y., McGraw Hill book company, 1983.
  17. R.Upadhye, K.Wignarajah, T.Wyaeven. Environment International, v19, p 381-392, 1993.