Биоыдыраушы тұрмыстық қалдықтарды кавитациялық ұсақтау арқылы метантенкте анаэробты ашу үрдісін жеделдету

Жоспар
Кіріспе

КІРІСПЕ
ЖҰМЫСТЫҢ НЕГІЗГІ МАЗМҰНЫ
ҚОРЫТЫНДЫ

. Қазіргі кезде қатты тұрмыстық қалдықтарының (ҚТҚ) басым бөлігі іріктелмей қала маңындағы қоқыс тастайтын жерге шығарылады, оның көлемі жылына жүздеген мың тоннаны құрайды. Олардың іріп-шіруі нәтижесінде адам және қоршаған орта үшін біраз қауіп төндіре отырып, ауа, топырақ және жер асты суларын ластайды. Полигон сүзгілері ШРК-дан бірнеше асып түсетін Fe, Ba, Cr, P, Ti, Ni, Co, W, Mo, V, Zr, Pb, Bi, Zn, Li, Sr сияқты химиялық элементтердің қосылыстарымен жер асты суларын улап қоршаған ортаға ауыртпалық түсіреді. Бұдан басқа, құрамы ондаған пайызды құрайтын метан, көмір қышқыл газы бөлінетін биогаздың қоршаған ортаға әсері де бар. Бұл аталған заттектер санитарлық нормадан жоғары және адамның тынысының тарылып тұншығуына әкеліп соқтыруы мүмкін. Биохимиялық шіру және қоқыс тастайтын жердегі химиялық материалдардың тотығуы 75°С температураға дейін жылу бөлетін ошақтың пайда болуына әкеліп соқтырады, яғни қалдықтардың өздігінен жануы мүмкін. ҚТҚ материалдарының шіруі 1 шақырымнан астам қашықтыққа қолайсыз иістің таралуымен жүреді.
Зерттеу тақырыбының өзектілігі. Қазақстанның өңірлеріндегі қалаларда қордаланған қалдықтарды толық немесе бөліп-бөліп өңдеу, ҚТҚ-ды арнайы полигондар немесе қоқыс тастайтын жерге көму арқылы қалдықтарды орналастыру тәсілі дәстүрлі әдіске айналған. Урбанизациялану үрдісінде қала немесе қала маңындағы қоқыс жинайтын жерге күнделікті жиналатын қалдықтар үздіксіз жиналатын болса, оның мөлшері күннен күнге артып отырады. Сондықтан, оларды толық немесе бөлек-бөлек сұрыптап кәдеге жарату мәселелері міндетті түрде туындайды. Бұл қарастырылып отырған мәселелердің күрделілігі сол, қоқыс өңдейтін зауыттарда сұрыптап бөлінгеннен кейінгі биологиялық ыдырайтын тұрмыстық қалдықтар басқа органикалық қалдықтардан айырмашылықтарымен сипатталады: жалпы көлемінің 15 пайызға дейіні бейорганикалық қосындылардың болуы; морфологиялық және фракцияларының көлемінің ерекшелігі.
Қатты тұрмыстық қалдықтарды кәдеге жарату тұжырымдамасы бойынша, олардан қосалқы екіншілік өнім алу және тұрмыстық қалдықтарды әрі қарай анаэробты микро-биологиялық ашытуға майдалау немесе ұсақтау үшін кавитациялық принципті қолданып сұрыптамай өңдеу мүмкін емес.

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

Биоыдыраушы тұрмыстық қалдықтарды кавитациялық ұсақтау арқылы метантенкте
анаэробты ашу үрдісін жеделдету

КІРІСПЕ

Жұмыстың жалпы сипаттамасы. Қазіргі кезде қатты тұрмыстық қалдықтарының
(ҚТҚ) басым бөлігі іріктелмей қала маңындағы қоқыс тастайтын жерге
шығарылады, оның көлемі жылына жүздеген мың тоннаны құрайды. Олардың іріп-
шіруі нәтижесінде адам және қоршаған орта үшін біраз қауіп төндіре отырып,
ауа, топырақ және жер асты суларын ластайды. Полигон сүзгілері ШРК-дан
бірнеше асып түсетін Fe, Ba, Cr, P, Ti, Ni, Co, W, Mo, V, Zr, Pb, Bi, Zn,
Li, Sr сияқты химиялық элементтердің қосылыстарымен жер асты суларын улап
қоршаған ортаға ауыртпалық түсіреді. Бұдан басқа, құрамы ондаған пайызды
құрайтын метан, көмір қышқыл газы бөлінетін биогаздың қоршаған ортаға
әсері де бар. Бұл аталған заттектер санитарлық нормадан жоғары және
адамның тынысының тарылып тұншығуына әкеліп соқтыруы мүмкін. Биохимиялық
шіру және қоқыс тастайтын жердегі химиялық материалдардың тотығуы 75°С
температураға дейін жылу бөлетін ошақтың пайда болуына әкеліп соқтырады,
яғни қалдықтардың өздігінен жануы мүмкін. ҚТҚ материалдарының шіруі 1
шақырымнан астам қашықтыққа қолайсыз иістің таралуымен жүреді.
Зерттеу тақырыбының өзектілігі. Қазақстанның өңірлеріндегі қалаларда
қордаланған қалдықтарды толық немесе бөліп-бөліп өңдеу, ҚТҚ-ды арнайы
полигондар немесе қоқыс тастайтын жерге көму арқылы қалдықтарды орналастыру
тәсілі дәстүрлі әдіске айналған. Урбанизациялану үрдісінде қала немесе қала
маңындағы қоқыс жинайтын жерге күнделікті жиналатын қалдықтар үздіксіз
жиналатын болса, оның мөлшері күннен күнге артып отырады. Сондықтан, оларды
толық немесе бөлек-бөлек сұрыптап кәдеге жарату мәселелері міндетті түрде
туындайды. Бұл қарастырылып отырған мәселелердің күрделілігі сол, қоқыс
өңдейтін зауыттарда сұрыптап бөлінгеннен кейінгі биологиялық ыдырайтын
тұрмыстық қалдықтар басқа органикалық қалдықтардан айырмашылықтарымен
сипатталады: жалпы көлемінің 15 пайызға дейіні бейорганикалық қосындылардың
болуы; морфологиялық және фракцияларының көлемінің ерекшелігі.
Қатты тұрмыстық қалдықтарды кәдеге жарату тұжырымдамасы бойынша,
олардан қосалқы екіншілік өнім алу және тұрмыстық қалдықтарды әрі қарай
анаэробты микро-биологиялық ашытуға майдалау немесе ұсақтау үшін
кавитациялық принципті қолданып сұрыптамай өңдеу мүмкін емес. Биологиялық
ыдырайтын қалдықтарды кәдеге жарату нәтижесінде құндылығы жоғары
органикалық тыңайтқыш пен газ тәріздес отын, яғни биогаз бен биошлам
алынады. Қондырғылардағы биогаз өнімділігін көбейту үшін биомассаларды
өңдеуге әртүрлі тәсілдерді қолданады. Диссертациялық жұмыста қатты
тұрмыстық қалдықтарды қосалқы екіншілік өнімге сұрыптау, ал қалған
органикалық бөліктерін алдымен ротациялы – механикалық екі сатылы жүйедегі
ұсатқышқа және метантенктегі бастапқы субстраттың ыдырау үрдісін
жылдамдататын кавитациялық аппараттағы ауыр фракциялар мен бейорганикалық
бөліктерді айырғаннан кейін берудің тәсілі ұсынылып отыр. Сондықтан
тұрмыстық қалдықтарды толық кәдеге жарату, қысқа мерзім ішінде биоыдыраушы
қалдықтардың анаэробты ашуын жеделдету және биогаз шығымдылығын арттыру
қажеттілігінің туындауы өзекті мәселе.
Зерттеу жұмысының мақсаты мен міндеттері. Зерттеу жұмысының мақсаты -
биоыдыраушы тұрмыстық қалдықтардың анаэробты ашу үрдісін метантенкте
жеделдетуде биогаздың шығуын арттыру, ротациялы және кавитациялық аппаратты
пайдаланып ұсақтау арқылы органикалық субстратты дайындау. Бұл мақсатқа
жету үшін төмендегідей міндеттер қойылады:
қатты тұрмыстық қалдықтар полигонынан биогаз шығымының болжамы әдіснамасын
негіздеу және жасау;
қатты тұрмыстық қалдықтар полигонында ластаушы заттар шығарындысын және ауа
бассейнінде әрбір құрауыштың сейілуін есептеу;
метантенкте анаэробты ашуды жылдамдату үшін ротациялы механикалық және
кавитациялық аппаратты пайдаланып екі сатылы ұсақтау жүйеде биологиялық
ыдырайтын тұрмыстық қалдықтарды дайындау тәсілін жасау;
барлық реактордан шығатын биогаз жиынтығын есептеу үшін, оның пайда болу
жылдамдығын, температурасын және шикізат көлемінің ферментаторда бөлу
уақытын бақылау, метантенктегі биологиялық ыдыраушы тұрмыстық қалдықтардың
анаэробты ашу үрдісін моделдеуді математикалық моделдеу негізінде жасау;
кавитациялық аппараттың жұмыс атқаратын құралдарымен зерттеліп отырған
қоспалар құрауышының өзара әсерін сипаттайтын, биоыдыраушы тұрмыстық
қалдықтарды ұсақтау және араластыру үрдісінің математикалық моделін жасау;
кавитациялық аппарат және метантенк жұмыстарынан тиімді тәртіптерін таңдау,
ұсақтау және араластыру үрдістерінің негізгі параметрлерін есептеуге
мүмкіншілік беретін, математикалық моделді жүзеге асыратын бағдарламалық
жабдық жасау;
Зерттеу нысаны мен әдістері: Ғылыми зерттеу жұмысы Жасыл Тараз
кәсіпорынына қарасты қоқыс тастайтын жерлері немесе полигондары және Аспан
- Тараз ЖШС-нің сынақ жасау зертханасы.
Диссертациялық жұмыста талдау және ғылыми зерттеу нәтижелерін жинақтап
қорытатын, жүйелілігін, алгоритмдеу принциптерін жүргізетін, нормативтік
құжаттар мен мемлекеттік табиғи ресурстар және табиғат қорғау мекемелерінің
материалдары, талдап жіктеу, графикалық және зерттеудің эксперименттік
әдістері қолданылды.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы: Жұмысты орындау барысында мынадай ғылыми
нәтижелерге қол жеткізілді:
атмосфераға заттардың таралуын және зарарлы заттектердің шығарылу мөлшерін
есептеуді тұжырымдайтын, Тараз қаласындағы ҚТҚ жинақталатын қоқыс тастайтын
жер және полигондардың қазіргі кезең жағдайындағы экологиялық мәселелеріне
баға берілген;
биологиялық ыдырайтын тұрмыстық қалдықтарды кавитациялық аппаратта
ұсақтаудың және метантенкте анаэробты ашу үрдісінің математикалық моделі
жасалды; метантенкте биогаздың максималды шығуын қамтамасыз ететін
температура мен жүру уақыты (оның шоғырлануын) анықталды;
кавитацияның пайда болу механизмін және алынатын бөлшектердің өлшемін
ескеріп, кавитациялық аппаратта биологиялық ыдырайтын тұрмыстық қалдықтарды
майдалау үрдісінің параметрін айқындайтын есептеу моделі және теориялық
тәуелділігі анықталды;
қатты тұрмыстық қалдықтарды толық кәдеге жарату тұжырамдамасы жасалды, олар
биологиялық ыдырайтын тұрмыстық қалдықтарды кавитациялық аппаратта майдалап
және метантенкте анаэробты микробиологиялық жолмен ашыту арқылы қосалқы
өнім алу үшін ҚТҚ сұрыптауды қамтиды;
қатты тұрмыстық қалдықтарды қоқыс тастайтын жерлерге және полигондарға
шамадан тыс мөлшерін орналастырудың шығыны және ұсынылған технологияны
енгізудегі экологиялық және экономикалық тиімділік анықталды.
Диссертацияның негізгі идеясы биологиялық ыдырайтын тұрмыстық
қалдықтарды ірі және майда ұсақтаудан өткізіп, механикалық және
кавитациялық аппараттар мен метантенкте анаэробты ашу нәтижесінде биогаз
бен биошлам алу, оларды өңдеу және ҚТҚ-ды кәдеге жарату әдістерін құру.
Тәжірибелік құндылығы:
қайта түскен ҚТҚ-мен қоса қатты тұрмыстық қалдықтарды зарарсыздандыру
әдісі өңделді, сондай-ақ жұмыс істейтін және қараусыз қалған
полигондардағы ауа бассейнін ластайтын зиянды заттардың көлемін азайту;
микроорганизмдердің анаэробты ашуының кинетикасы және биогаз бен биошламның
максимал мөлшерін алу үшін ашыту үрдісінің негізгі факторын оңтайландыруды
кавитациялық аппаратта биологиялық ыдырайтын тұрмыстық қалдықтарды
майдалауды есептеу әдістемелерінің ғылыми негіздері құрылды;
парник газы ретінде метанның көмір қышқыл газына қарағанда ауқымды жылуға
қосар үлесі 21 есе артық болғандықтан, полигондарда шығатын метан көлемін
азайтуға баға берілді;
Зерттеу нәтижелерін Тараз қаласының Жасыл Тараз кәсіпорыны енгізу
үшін қабылдады.
Диссертациялық жұмыс нәтижелері М.Х. Дулати атындағы Тараз мемлекеттік
университетінің Экология және Биология мамандық пәндеріне оқу үрдісіне
енгізілді.
Қорғауға ұсынылған негізгі қағидалар:
зиянды заттектердің шығарынды мөлшерін есептеу нәтижелері, Тараз
қаласындағы ҚТҚ қоқыс тастайтын жер мен полигондарынан атмосфералық ауаға
әсері және оның сейілуін бағалау;
кавитациялық аппаратта биологиялық ыдырайтын тұрмыстық қалдықтарды майдалау
есептеулерінің әдістемесі, вариациялық параметрлеріне баға беру
функциясының байланысын сипаттайтын регрессия теңдеуі;
микроорганизмдермен биологиялық ыдыраушы тұрмыстық қалдықтардың анаэробты
ашу кинетикасы, метантенктен биогаздың шығуын анықтау және биогаз бен
биошламның ең жоғары шамасын алу үшін ашу үрдісіне әсер ететін негізгі
факторларды оңтайландыру;
қатты тұрмыстық қалдықтарды қосалқы екіншілік өнім алу үшін сұрыптауды қоса
есептегендегі ҚТҚ толық зарарсыздандыру әдісі және қалған биологиялық
ыдырайтын бөлігін кавитациялық аппаратта майдалау мен қыздыру арқылы
метантенкте анаэробты ашыту және тұндырылған биомассадағы анаэробты
микроорганизмдердің қайта көбеюін қамтамасыз ететін үрдіс.
Диссертациядағы келтірілген нәтижелер мен қорытындылардың нақтылығы.
Қоқыс тастайтын жердегі немесе полигондағы қатты тұрмыстық қалдықтардың
зиянды заттектер шығарындыларының есептеулері және олардың ауа бассейнінде
сейілуі жалпы қабылданған нормативтер мен анықтама мәліметтерін қолдану
арқылы жүргізілді.
Автордың жеке үлесі. Зерттеу мақсаттарын анықтау тікелей автордың
қатысуымен жүргізілді. Ғылыми тәжірибелер, талдап жіктеулер және алынған
нәтижелерді талдап беруді автор өзі орындады. Тараз қаласының ауа
бассейніне көміртек оксиді мен метанның шығуы және сейілу есептеулерін
Жасыл Тараз кәсіпорынында автор жеке өзі жүргізді.
Жұмыстың сынақтан өтуі. Зерттеу жұмысының нәтижелері: Экологияның
өзекті мәселелері халықаралық ғылыми- практикалық конференцияда (Тараз,
2007); Экологияның өзекті мәселелері халықаралық ғылыми- практикалық
конференцияда (Тараз, 2008); Жас - ғалым атты жас ғалымдар, студенттер
ІІІ Халықаралық ғылыми – тәжірибелік конференцияда (Тараз, 2009);
Экологияның қазіргі кездегі мәселелері және қоғамның тұрақты дамуы
халықаралық ғылыми-практикалық конференция материалдарында (Алматы, 2010 )
баяндалып талқыланды.
Жұмыстың жариялылығы. Зерттеу жұмысының нәтижелері бойынша 10 ғылыми
жұмыс, оның ішінде 6 ғылыми мақала ҚР БжҒМ Білім және ғылым саласындағы
бақылау комитеті ұсынған басылымдарында және 4 халықаралық ғылыми
конференция материалдарында жарияланған.
Жұмыстың көлемі мен құрылымы. Диссертация кіріспеден, 4 бөлімнен,
қорытындыдан, 142 пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады, жұмыс мазмұны
138 бет, 42 сурет және 35 кестемен сипатталған.

ЖҰМЫСТЫҢ НЕГІЗГІ МАЗМҰНЫ
Кіріспеде тақырыптың өзектілігі, қазіргі кездегі зерттелу жағдайы,
мақсаты мен міндеттері, ғылыми жаңалығы және тәжірибелік құндылығы
көрсетіліп, қорғалатын қағидалар келтірілген.
Бірінші бөлімде Биологиялық ыдыраушы тұрмыстық қалдықтарды ұсақтау және
зарарсыздандыру тәсілдері Тараз қаласында қолданылмаған.ҚТҚ-ды арнайы қоқыс
тастайтын жерлердің немесе полигондардың қазіргі кезеңдегі экологиялық
мәселелеріне жүйелік талдау және оларды зарарсыздандырудың ұтымды әдістері
қолданылды.
Екінші бөлімде қоқыс тастайтын жер немесе полигоннан ластаушы
заттектердің мөлшерін есептеу, қоршаған ортаға әсерін бағалау және оның
атмосфералық ауада сейілуі қарастырылған.
Қатты тұрмыстық қалдықтардың ыдырауы кезінде пайда болатын ластаушы
заттектердің мөлшерін есептеу және олардың Тараз қаласы ауа бассейніне
сейілуі 1- суретте келтірілген. Зиянды бейорганикалық заттектердің күл
тозаңы 0,083 ШРК, азот оксиді 0,124 ШРК, аммиак 0,113 ШРК, күкіртсутегі
0,137 ШРК, формальдегид 0,199 ШРК көрсетіп, пайдаланылатын қалдық
үйіндісінен атмосфералық ауаға шығатын зиянды заттектер санитарлық қорғау
аймағынан ауытқуы арқылы қоршаған ортаны ластайтыны дәлелденді.

а) б)
Сурет 1 – Полигоннан атмосфераға зиянды заттектердің таралу изолиниясы:
а) көміртегі оксиді б) метан

Жалпы алғанда метанның қауіпті шоғырлануы жел жылдамдығы 0,5 мс
болғанда 0,165 ШРК–ға жетеді. Санитарлы қорғау аймағы (СҚА) шекарасындағы
қалдық үйіндісін пайдаланғанда шығатын ластаушы заттектер ШРК-нан төмен.
Ірі қалдық полигондарынан алынған сынақ үлгілеріне жасалған зертханалық
зерттеулердің нәтижелері негізінде биогаз шығымының мөлшерін анықтайтын
математикалық модель жасалынды. Бұл модель төмендегі формула бойынша
сипатталады:

мұндағыQt1 –қалдықтардан белсенді биогаз шығу
: үлесі, текше мт қалдық;
G0 = 1.868Сбел(0,014Т + 0,28);
Сбел – қалдықтардағы белсенді органикалық
көміртегі, гт. қалдық;
Т – полигон қоқыс үйіндісінің
температурасы, °С;
полигондағы қоқыс үйіндісінің температурасы
28-32°С арасында өзгеріп отырады.
k – ұдайы ыдырау, көміртектің жалпы азотқа
тең қатынасы (CN) "Қатты қалдық
шығарындылар қасиетін зерттеу әдістемесі"
бойынша анықталады;
t – биогаздың тұрақты шығу кезеңінің
ұзақтығы (төртінші фаза), жыл;
W – қалдықтардың табиғи ылғалдылығы, %.

1-кесте мәліметтері бойынша, биогаздың жалпы шығарындысының есебі 2-
суретте келтірілген.

Кесте 1 – Биогаздың
жалпы шығарындысы, тжылСурет 2 – Биогаздың жалпы
шығарындысы, тжыл

Тараз қаласы бойынша қоқыс тастайтын жерлердегі ҚТҚ-дан шығатын
метанның жалпы көлемі жылына 241,617 тонна, яғни қоқыс үйінділері газының
96%-ын құрайды.
Үшінші тарауда микроорганизмдермен биологиялық ыдырайтын тұрмыстық
қалдықтардың анаэробты ашу кинетикасының және майдалау кезіндегі
кавитациялық үрдістің әсерімен биологиялық шикізатта күрделі органикалық
зат талшықтарының молекулалық деңгейде (лигнин, целлюлоза) ыдырау
мәселелері қарастырылды.
Тәжірибе жүзінде кез келген метанға айналатын биологиялық ыдырайтын
заттектердің анаэробты үрдісі өзара байланысты төрт сатыдан тұрады:
- күрделі органикалық заттардың (ақуыз, май, көмірсу) қарапайым еритін
заттарға айналатын (мономерлер, амин қышқылы т.б.) ферментативті гидролиз
сатысы;
- ұшқыш майлы қышқылдар, спирт, сутегі, көмірқышқыл газы, аммиак,
күкіртсутек т.б. қышқылдардың пайда болу (қышқыл генді) сатысы;
- ацетат анионына және сутегі ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.