Техническое решение для очистки выбросов климатически активных газов

С повышением спроса на продовольственную продукцию и ростом объемов сельскохозяйственного производства увеличивается количество образуемых отходов и побочных продуктов, в том числе в отраслях животноводства. К способам утилизации побочных продуктов животноводства относится интенсивная переработка в установках различного типа, в том числе с применением процессов биодеструкции. Однако данный процесс связан с активным образованием выбросов углекислого газа, метана, закиси азота, аммиака. Для предотвращения негативного воздействия на окружающую среду предлагается внедрить систему очистки газовоздушных выбросов в линию переработки побочных продуктов животноводства. (Цель исследования) Разработать систему очистки выбросов климатически активных газов, в частности, аммиака, образующихся при интенсивной переработке биотехнологическим методом побочных продуктов животноводства. (Материалы и методы) С учетом свойств основных загрязняющих веществ определили возможные методы их удаления из выбросов. К таким методам относится сухая, мокрая, конденсационная и биологическая очистка. Наиболее оптимальным и эффективным выбран способ биоочистки. (Результаты и обсуждение) Разработали техническое решение для очистки газовоздушных выбросов в биофильтре с полимерным и органическим наполнителем. Предусмотрена цифровая система контроля и управления рабочим процессом. Особенностью предложенной конструкции является применение сменных фильтрующих картриджей и активной системы орошения. (Выводы) Определили основные параметры образующихся выбросов и методы их очистки. Очистка выбросов с цифровой системой контроля и управления рабочим процессом осуществляется последовательно в кожухотрубчатом конденсаторе и биофильтре. Удельная поверхность охлаждения равна 1,09∙10^–3 квадратного метра на 1 метр кубический, удельный расход хладагента – 0,7 литров на 1 кубический метр. Установлены оптимальные параметры среды при очистке в биофильтре: температура 30 градусов Цельсия, влажность 45-55 процентов, показатель активной кислотности 8-8,4 единиц, время нахождения в фильтрующем слое 15-30 секунд. Данные параметры обеспечивают высокую степень очистки по аммиаку при длительной эксплуатации биофильтра.

1. Морозов Н.М. Развитие технологий, способов механизации и автоматизации очистки помещений от экскрементов и приготовления органических удобрений // Техника и технологии в животноводстве. 2023. N2(50). С. 92-100. DOI: 10.22314/27132064-2023-2-92.

2. Шалавина Е.В., Брюханов А.Ю., Васильев Э.В. и др. Биоферментация органических отходов свиноводческого комплекса в установке барабанного типа // Аграрная наука. 2020. N6. С. 51-56. DOI: 10.32634/0869-8155-2020-339-6-51-56.

3. Архипченко И.А., Бакина Л.Г., Брюханов А.Ю. и др. Трансформации микробного сообщества и органического субстрата при аэробной ферментации помета // Экология и промышленность России. 2020. N24(8). С. 22-27. DOI: 10.18412/1816-0395-2020-8-22-27.

4. Зеников В.И. Управление микробиологическими процессами технологии аэробной ферментации // Техника и технологии в животноводстве. 2023. N3(51). С. 83-86. DOI: 10.22314/27132064-2023-3-83.

5. Bai M., Impraim R., Coates T. et al. Lignite effects on NH3, N2O, CO2 and CH4 emissions during composting of manure. Journal of Environmental Management. 2020. N271. 110960. DOI: 10.1016/j.jenvman.2020.110960.

6. Pan Y., Chang H., Song P. Effects of superphosphate as an additive on nutrient characteristics and NH3, CO2, CH4 and N2O emissions during pig manure composting. Agronomy. 2023. N13(560). DOI: 10.3390/agronomy13020560.

7. Dhamodharan K., Sudharsan Varma V., Chitraichamy V. et al. Emission of volatile organic compounds from composting: A review on assessment, treatment and perspectives. Science of the Total Environment. 2019. N695. 133725. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.133725.

8. Bao M., Cui H., Lv Ya. et al. Greenhouse gas emission during swine manure aerobic composting: Insight from the dissolved organic matter associated microbial community succession. Bioresource Technology. 2023. N373. 128729. DOI: 10.1016/j.biortech.2023.128729.

9. Zhu Zh., Li L., Dong H., Wang Yu. Ammonia and greenhouse gas emissions of different types of livestock and poultry manure during storage. Transactions of the ASABE. 2020. N63. 1723-1733. DOI: 10.13031/trans.14079.

10. Hwang H.Y., Kim S.H., Shim J., Park S.J. Composting process and gas emissions during food waste composting under the effect of different additives. Sustainability. 2020. N12. 7811. DOI: 10.3390/su12187811.

11. Li D., Yuan J., Ding J. et al. Effects of carbon/nitrogen ratio and aeration rate on the sheep manure composting process and associated gaseous emissions. Journal of Environmental Management. 2022. N323. 116093. DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.116093.

12. Орлов В.А., Саймуллов А.В., Мельник О.В. Изучение процесса появления дурно пахнущих запахов в канализационных сетях и анализ средств их удаления // Вестник МГСУ. 2020. N15(3). С. 409-431. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.3.409-431.

13. Marycz M., Brillowska-Dabrowska А., Munoz R., Gebicki J. A state of the art review on the use of fungi in biofiltration to remove volatile hydrophobic pollutants. Reviews in Environmental Science and Biotechnology. 2022. N21(1). 225-246. DOI: 10.1007/s11157-021-09608-7.

14. Usevičiūtė L., Baltrėnaitė-Gedienė E., Baltrėnas P., Dutta S. Acetone, xylene and ammonia removal enhancement in the biofilter packed with steam modified biochar. Journal of Environmental Engineering and Landscape Management. 2022. N30(3). 412-423. DOI: 10.3846/jeelm.2022.17412.

15. Raj I., Vaidya A.N., Pandey R.A. et al. Recent advancements in the mitigation of obnoxious nitrogenous gases. Journal of Environmental Management. 2018. N205. 319-336. DOI: 10.1016/j.jenvman.2017.09.064.

16. Vela-Aparicio D., Bautista C.J., Forero D. et al. Inoculation of compost biofilter for the simultaneous removal of H2S and NH3 under transient conditions of gas concentration. Chemical Engineering Transactions. 2022. N93. 157-162. DOI: 10.3303/CET2293027.

17. Danila V.; Zagorskis A.; Januševičius T. Effects of water content and irrigation of packing materials on the performance of biofilters and biotrickling filters. A review. Processes. 2022. N10. 1304. DOI: 10.3390/pr10071304.

18. Baltrėnas P., Janusevicius T., Zagorskis A. et al. Removal of ammonia by biofilters with straight and wavy lamellar plates. International Journal of Environmental Science and Technology. 2020. N18. 1-10. DOI: 10.1007/s13762-020-02916-5.