Введение 15
1. Литературный обзор 18
1.1. Классификация отходов сельского хозяйства и их влияние на
окружающую среду 18
1.2. Способы переработки и утилизации сельскохозяйственных отходов.... 21
1.2.1. Т ехнологии переработки птичьего помета 21
1.2.2. Технологии переработки полужидкого и подстилочного навоза 23
1.2.3. Технологии переработки жидкого навоза 25
1.3. Анаэробная утилизация сельскохозяйственных отходов в биогазовых
установках 28
1.4. Биогазовые технологии за рубежом 31
1.5. Биогазовые технологии в России 34
1.6. Рынок органоминеральных удобрений 38
1.7. Анализ данных по потенциалу биомассы для применения в биогазовых
установках Томской области 40
1.7.1. Краткая характеристика Томской области 40
1.7.2. Общая характеристика предприятий Томской области по
возможности использования отходов производства в биогазовых технологиях 42
2. Материал и методика 46
2.1. Статистические методы оценки эксперимента 48
3. Технология получения и изучение свойств биоудобрений 52
3.1. Описание экспериментальной биогазовой установки 52
3.1.1. Характеристики биогазовой установки 52
3.1.2. Общая технологическая схема 52
3.1.3. Подготовка и накопление субстрата 54
3.1.4. Сбраживание субстрата и сбор удобрения 55
3.1.5. Сбор и очистка биометана 57
3.2. Проверка качества удобрения, получаемого на биогазовой установке .... 58
3.3. Результаты эксперимента 60
3.4. Рекомендации по использованию биоудобрений 71
3.4.1. Основные свойства и характеристика биоудобрений получаемых при
термофильном сбраживании 71
3.4.2. Способы и нормы применения биоудобрений по периодам вегетации
и видам сельскохозяйственных культур 76
3.4.3. Использование биоудобрений в качестве кормовой добавки 82
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 85
4.1. Предпроектный анализ 85
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 85
4.1.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 86
4.1.3. SWOT-анализ 88
4.1.4. Оценка готовности проекта к коммерциализации 89
4.1.5. Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 91
4.2. Инициация проекта 92
4.2.1. Цели и результат проекта 92
4.2.2. Организационная структура проекта 93
4.2.3. Ограничения и допущения проекта 94
4.3. Планирование управления научно-техническим проектом 94
4.3.1. Иерархическая структура работ проекта 94
4.3.2. Контрольные события проекта 95
12
4.3.3. План проекта 96
4.3.4. Бюджет научного исследования 98
4.3.5. Организационная структура проекта 103
4.3.6. Реестр рисков проекта 103
4.4. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 104
4.4.1. Определение социальной эффективности проекта 104
4.4.2. Оценка сравнительной эффективности исследования 104
4.5. Расчет выделений загрязняющих веществ в атмосферу от
навозохранилища свинокомплекса «Томский» 107
4.5.1. Определение платы за выбросы 110
5. Социальная отвественность 113
5.1. Профессиональная социальная безопасность 113
5.1.1. Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования 113
5.1.2. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследований 114
5.1.3. Освещенность 115
5.1.4. Шум 117
5.1.5. Микроклимат 119
5.1.6. Психофизиологические факторы 120
5.1.7. Электромагнитное излучение 122
5.1.8. Электробезопасность 123
5.2. Экологическая безопасность 124
5.2.1. Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду 124
5.2.2. Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду 125
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 126
5.3.1. Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований 126
5.3.2. Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований 126
5.3.3. Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС 126
5.3.4. Действия при возникновении пожара 127
5.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 128
5.4.1. Специальные правовые нормы трудового законодательства 128
5.4.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя 129
Выводы 131
Список публикаций студента 134
Список использованных источников 135
Приложение А 141
Объектом исследования являются биоудобрения.
Цель работы - исследование биогазовых технологий переработки сельскохозяйственных отходов для получения биоудобрений и разработка рекомендаций по их использованию.
В процессе исследования проводились: экспериментальные
исследования по определению качества и свойств биоудобрений, а также по определению влияния биоудобрений на продуктивные качества сельскохозяйственных культур, разработка рекомендаций по их использованию.
В результате исследования: проведены экспериментальные
исследования по определению качества и свойств биоудобрений, а также по определению их влияния на продуктивные качества сельскохозяйственных культур, разработаны рекомендации по использованию биоудобрений.
Область применения: сельское хозяйство.
Экономическая эффективность/значимость работы: материалы,
представленные в данной работе, позволят использовать биогазовые технологии для получения высокоэффективных биоудобрений, тем самым снизить негативное воздействие сельскохозяйственных отходов на окружающую среду, уменьшить местное загрязнение воздуха и повысить качество выращиваемых культур, а также плодородие почв.
Актуальность темы исследования. Агропромышленный комплекс России на данный период времени сталкивается с проблемой утилизации огромного количества отходов. В основном сельскохозяйственные отходы просто вывозятся с территорий ферм и складируются, что приводит к проблемам окисления и заражения почв, отчуждению сельскохозяйственных земель, загрязнению грунтовых вод и выбросам в атмосферу метана.
В Законе РФ «Об охране окружающей среды», в Федеральном законе «Об отходах производства и потребления», в задачах, поставленных Указом Президента РФ № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики», установлена стратегия по решению вопросов охраны окружающей среды на данном этапе развития научно-технического прогресса. Осуществление программы связано с организацией экологически безотходного и безопасного производства, расширением ресурсных возможностей за счет внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий, которые позволяют рационально использовать первичные сырьевые ресурсы, комплексно перерабатывать вторичные сырьевые ресурсы с превращением их в новые полезные продукты с максимальным сохранением в них баланса ценных компонентов сырья.
Кроме того, для реализации Федерального закона РФ № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные объекты Российской Федерации», одной из наиболее актуальных и востребованных является биогазовая технология, использование, которой позволяет получать качественные экологически безопасные биоудобрениями и кормовые биодобавки.
Получаемые с помощью биогазовых технологий биоудобрения принципиально отличаются от свежих отходов животноводства, органических
и минеральных удобрений механизмом воздействия на почву и растительность. За счет богатой микрофлоры биоудобрения реализуют механизм по обеспечению растений питательными веществами. Данные биоудобрения не содержат яиц гельминтов, патогенной микрофлоры, семян сорняков, нитратов и нитритов, а также специфических фекальных запахов, они безвредны для людей и животных, относятся к V классу опасности, а также их используют в качестве активных биодобавок для повышения эффективности кормов для животных.
Проводимые нами исследования позволят изучить возможности широкомасштабного использования биоудобрений с целью повышения плодородия земель, получения достаточно высоких урожаев полевых культур с хорошим качеством продукции. Это предопределяет необходимость всестороннего изучения структуры, свойств и качества биоудобрений получаемых в результате биогазовой технологии переработки сельскохозяйственных отходов III и IV классов опасности для последующего их лицензирования и освоения.
Цель магистерской диссертации: изучить биогазовые технологии переработки сельскохозяйственных отходов III и IV классов опасности в биоудобрения и разработать рекомендации по его использованию.
Для выполнения цели были поставлены задачи:
- составить литературный обзор;
- изучить технологию получения биоудобрений;
- исследовать свойства, качество биоудобрений получаемых при термофильном режиме сбраживания;
- провести экспериментальную работу по определению влияния биоудобрений на продуктивные качества сельскохозяйственных культур;
- разработать рекомендации по использованию биоудобрений в сельском хозяйстве.
Научная новизна. Впервые для Томской области на основе литературных источников, архивных данных и материалов практики изучены основные свойства биоудобрений получаемых с помощью биогазовой технологии переработки сельскохозяйственных отходов.
Проведена экспериментальная работа с целью определения влияния биоудобрений на продуктивность сельскохозяйственных культур на примере ржи. Показано достоверное положительное влияние биоудобрений на рост, биомассу и величину всхожести используемой культуры.
Впервые для Томской области разработаны рекомендации по использованию биоудобрений по периодам вегетации и видам
сельскохозяйственных культур, а также по их использованию в качестве кормовых добавок.
Практическая значимость работы. Материалы исследований могут применяться на сельскохозяйственных предприятиях Томской области: при выращивании различных культур, в виде кормовых добавок в рационы сельскохозяйственных животных. Разработаны научно обоснованные
рекомендации по нормам и способам внесения биоудобрений под различные культуры.
Значительную нагрузку на окружающую среду оказывают свежий навоз, который является токсичным и содержит патогенные микроорганизмы, большое количество семян сорных растений, и производимые химической промышленностью минеральные удобрения, снизить эту нагрузку можно только экологически безопасным удобрением, на его роль вполне подходит биоудобрение.
Биоудобрения обладают целым рядом преимуществ перед другими видами удобрений и могут быть рекомендованы для использования в сельском хозяйстве Томской области, в целом по Российской Федерации и за рубежом на территориях со схожими климатическими условиями, например в Финляндии, Эстонии, Канаде и т. д. Характеристики биоудобрений позволяют им выйти на новый качественный уровень, реализовываться на внутреннем рынке России и быть конкурентоспособными на мировом рынке.
Получение биоудобрений с помощью биогазовых технологий из сельскохозяйственных отходов позволит:
- уменьшить количество органических отходов и объемов их накопления, а, следовательно, и загрязнение окружающей среды;
- сократить территории, отводимые под захоронение и хранение отходов;
- повысить плодородие почвы или восстановить нарушенные земли;
- сократить срок утилизации сельскохозяйственных отходов;
- решить ряд санитарно-гигиенических задач, а именно улучшить эпидемиологическую обстановку в результате гибели патогенной микрофлоры, содержащейся в отходах, уменьшить неприятные запахи и т.д.
Развитие биогазовых технологий в России позволит повысить энергетическую и экологическую эффективность экономики, поскольку данная технология способствует экономии природных ресурсов, снижению уровня экологического риска, негативного воздействия на окружающую среду и может быть положена в основу целевых программ федерального и регионального уровня, которые направлены на стабилизацию эколого-экономического развития отдельных регионов и государства в целом.
Биоудобрения представляют собой эффлюент, который получается в процессе анаэробного сбраживания сельскохозяйственных отходов в биогазовой установке. Азот, калий, фосфор полностью сохраняются в биоудобрениях, они не содержат патогенной микрофлоры, яиц гельминтов, семена сорняков, а также специфических фекальных запахов.
Результаты эксперимента с рожью показали, что в емкостях контроля основное количество 50 % ростков появилось на 4-6-е сутки, в емкостях с внесенным органическим удобрением количество 50 % ростков не появилось, а в емкостях с внесенным жидким биоудобрением количество 50 % ростков появилось на 4-5-е сутки, это свидетельствует о положительной роли жидкого биоудобрения по этому показателю. Количество проросших семян в емкостях с внесенным жидким биоудобрением составило в среднем 87,78 %, в контроле 65,54 %, а в емкостях с внесенной жидкой органикой количество проросших семян составило только 36,6 %. Ростки ржи на 10-е сутки в емкостях с внесенным жидким биоудобрением были длиной в среднем 18,88 см, в емкостях с внесенной жидкой органикой в среднем 17,44 см, а в контроле они достигли в среднем длины равной 16,44 см. Общий вес ростков ржи на 10-е сутки в емкостях с внесенным жидким биоудобрением составил в среднем 2,499 г, в емкостях с внесенной жидкой органикой 0,822 г, в контроле общей вес ростков в среднем составил 1,300 г.
Попарное сравнение средних величин (по t-критерию Стьюдента) показало, что достоверное различие наблюдается (на уровне значимости Р < 0,05) при использовании жидкого биоудобрения по биомассе и средней длине ростков. В целом проведенный эксперимент показал, что жидкие биоудобрения оказывают статистически достоверное положительное влияние на характеристики роста ржи.
Использование отходов животноводства свинокомплекса «Томский» в качестве субстрата для получения биоудобрений, позволит сократить выбросы отходов на 441,42 тонны, и защитить от деградации и отчуждения 1000 м сельскохозяйственных земель. Укрепить экономическое положение комплекса за счет снижения выплат за выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, а также продажи биоудобрений и биогаза, что позволит высвободить средства для развития и модернизации.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
