Файл: диплом гранулирование субстрата после выращивания вешенки.docx

Насыпная плотность – это показатель с которым связаны затраты на транспортировку и хранение гранул. Чем она меньше, тем дороже перевозка. Насыпная плотность гранул напрямую зависит от плотности гранул и их диаметра.

Плотность - показатель, который оказывает влияние на эффективность работы топок, скорость горения, расходы на транспортировку, хранение. Существующий уровень техники и технологии позволяет получать гранул с плотностью 1,147 кг/м3, которая обеспечивает теплотворную способность гранул равную теплотворной способности древесины 18,9 МДж/кг. Максимальная плотность древесного вещества, достигаемая при существующем уровне техники, может быть 1,560 кг/м , причем эта величина может быть достигнута при давлении в 20000 11/м2. Величина плотности гранул 1,147 г/м3 достигаемся при давлении в 1450 Н/м3. Таким образом, увеличение давления примерно в 15 раз увеличивает плотность всего лишь на 0,3 единицы. Согласитесь это нецелесообразно, т.к. ощутимо увеличивает стоимость оборудования. Кроме того, при достижении плотности до 1,560 г/м идет очень плотная упаковка элементов древесины, что затрудняет доступ кислорода к горючим элементам и ухудшает процесс горения [21].

Размеры гранул влияют на их прочность, насыпную массу, истираемость и объемы оборудования. Размер топливных гранул, как правило, имеет значение только для частных потребителей. Чаще всего, встречаются гранулы диаметром 6, 8 или 10 мм, реже 12 мм. Длина гранул имеет значение с точки зрения эффективного прохождения через шнековые системы подачи малого диаметра. Кроме того, по длине продукта можно судить о ее прочностных характеристиках. Как правило, длина гранулы составляет от 10 до 25 мм. Истираемость влияет на изменение качества во время транспортировки, а соответственно на потери и затраты, поэтому в большинстве европейских стандартов эта величина не должна превышать 1 % [22].

Определение S02 и SCb в газах горения гранул необходимо, так как их выброс с отходящими газами ухудшает экологическую ситуацию, коррозирует оборудование и требует дополнительных затрат на доочистку от S02 и S03 отходящих газов и более частое обслуживание оборудования. Не своевременное обслуживание ведет к выходу из строя некоторых узлов оборудования для сжигания гранул.

Показатель однородности влияет на затраты, так как необходимо производить отбор неоднородных частиц, их утилизацию и увеличивать количество закупаемых гранул. Комплексная оценка качества гранул проведена по показателям, требуемым техническим заданием к Госконтракту по ранее разработанным методикам, изложенным в промежуточном отчете за I этап по данной теме (сентябрь 2007). Исследование свойств гранулт проводилось на образцах опытных партий, наработанных на предприятии Группы компаний «ЭКОРОСС» по схеме А для древесного сырья и по схеме Г для сельскохозяйственных отходов , включающей тонкое измельчение до фракции 1-2 мм, сушку до 11-12%, увлажнение водой до 14-15%, прессование, охлаждение и расфасовку. Гранулирование проходило на отечественном оборудовании, где экструдер ОГМ-1.5 снабжен Немецкой матрицей и роликами.

Наработано несколько опытных партий гранул. Они нарабатывались из разного вида сырья: из древесных опилок хвойных пород древесины; мягко-лиственных пород; их смеси: 50% хвойных и 50% мягко-лиственных (осина); сельскохозяйственных отходов: лузга гречихи; лузги риса.

По внешнему виду древесные гранулы представляют собой небольшие цилиндры (похожие на коротенькие обломки карандаша). Длина древесных гранул в среднем составляет 27,5 мм, диаметр 8 мм. Размеры гранул из рисовой лузги 8x20 мм, из гречихи 8*14,5 мм.

Показатели качества гранул, полученных из разных видов сырья, представлены в Таблице 1

Таблица 1 - Показатели качества гранул

Из Таблицы 1 становится ясно, что параметры и свойства гранул, полученных из хвойных и мягко-лиственных пород древесины путем гранулирования опилок, практически не отличаются друг от друга.

Значительно большие отличия наблюдаются в параметрах и свойствах гранул, полученных из сельскохозяйственных отходов путем гранулирования. Так, если зольность в древесных гранулах равна 0,5%, то в гранулах из гречихи в три раза больше-1,6%, а из рисовой шелухи 16%(!). Гранулы из сельскохозяйственных отходов имеют большую плотность (1,173 - 1,154 кг/дм"1) по сравнению с древесными паллетами (1,141-1,147 кг/дм5) и насыпную плотность 585-614 кг/м1 против 51 1-526 кг/м.

Следует отметить, что получение гранулы из опилок мягко-лиственной древесины протекает труднее. Требуется более продолжительная обработка водой (лучше паром) перед подачей на гранулирование в экструдер.

2.2. Характеристика субстрата после выращивания грибов вешенка

Отработанный субстрат после выращивания вешенки может использоваться в частных, подсобных и фермерских хозяйствах и других сельскохозяйственных предприятиях как хорошее органическое удобрение, повышающее плодородие почвы, в том числе содержание гумуса в почве.

Имеющаяся в литературных и других источниках информация не содержит научно обоснованных рекомендаций по виду, нормам и способам внесения субстрата в почву в качестве органического удобрения.

Учеными ФГБОУ ВО Пензенского ГАУ ведутся опыты по изучению влияния отработанного субстрата из подсолнечной лузги после выращивания вешенки на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Установлено, что отработанные блоки должны выдерживаться в буртах для прохождения ферментации в течение 2-3 месяцев. В процессе ферментации блоки теряют до 30% своего объема. Влажность отработанного субстрата внутри полиэтиленового мешка при этом составляет 70-85%. Ферментация необходима для того, чтобы в блоках не оставалось легкодоступных органических соединений, которые могут активизировать развитие микроорганизмов, способных вызвать иммобилизацию азота и фосфора и делать их недоступными для растений [13].

Такой способ переработки отработанного субстрата вешенки, то есть хранение его в течение 2-3 месяцев для прохождения ферментации, приводит к необходимости иметь большие площади для хранения этих отработанных блоков, что снижает рентабельность.

В настоящее утилизация отходов жёстко регулируется экологическим законодательством и, соответственно, влечёт административные наказания для хозяйствующих субъектов со стороны надзорных органов.

Ужесточение экологического законодательства заставляет грибоводческие предприятия искать пути решения проблемы утилизации отработанного субстрата вешенки, но это сопряжено с полным набором и подбором технических средств всего цикла переработки отработанного субстрата вешенки, так как оборудование для выполнения данной технологии отсутствует.

Известна технология переработки отработанного субстрата вешенки калифорнийскими червями. Такая технология применяется на грибоводческом предприятии в г. Богучар Ростовской области. Объемы производства биогумуса из отработанного субстрата по такой технологии небольшие. Это связано, прежде всего, с необходимыми тепловыми параметрами протекания процесса переработки субстрата червями. В случае понижения температуры ниже отметки в +5⁰С красные калифорнийские черви просто впадают в спячку, прекращают питаться и размножаться. Нередки случаи их гибели. Кроме того, попадание прямых солнечных лучей для червей весьма вредно и даже губительно.

Возможно внесение отработанного субстрата в почву, где субстрат частично разлагается, но его большая часть находится до следующей весны в почве в первоначальном неразложившемся состоянии.

Способ применения отработанного субстрата путем измельчения с последующим внесением в почву для мульчирования поверхности почвы на дачных участках под рассадой малоэффективен. И в настоящее время отсутствуют научно обоснованные рекомендации применения такого способа.

Вместе с тем организация полностью безотходного цикла выращивания грибов вешенки и переработки отработанного субстрата позволит не только улучшить экологическую обстановку, но и расширить спектр продукции в виде органических удобрений и, что важно в современных экономических условиях, увеличить прибыль грибоводческого предприятия.

Технология производства органического удобрения из отработанного субстрата вешенки предлагает следующие операции: приём отработанного субстрата вешенки из транспортного средства; отделение от полиэтиленовой упаковки; измельчение (по требованию); обезвоживание отработанного субстрата; изготовление гранул; затаривание в тару (биг-беги) [6].

Чтобы сократить транспортные расходы на доставку отработанного субстрата вешенки к пункту переработки, эти пункты необходимо устраивать непосредственно рядом с предприятием по производству вешенки. Для отделения полиэтиленовой пленки из массы отработанного субстрата вешенки будет использовано специальное оборудование.

Основной операцией, определяющей производительность линии и качество выполнения технологического процесса изготовления гранул из отработанного субстрата вешенки, является обезвоживание этого субстрата.

Достоинства гранул: состав гранул одинаков, повышается производительность при внесении разбрасывателями органических удобрений, гранулы более транспортабельны, меньше подвергаются влиянию внешней среды и занимают меньший объем при хранении.

Таким образом, на сегодняшний день наиболее перспективной технологией, позволяющей переработать значительные объёмы отработанного субстрата вешенки в органическое удобрение, является гранулирование отработанного субстрата.

Однако отработанный субстрат вешенки является сырьём с содержанием большого количества влаги (70…85 %) и при дальнейшей переработке его в органические удобрения неизбежно придётся снижать влажность субстрата.

Как показали предварительные исследования, вода в отработанном субстрате вешенки находится в свободном и связанном состояниях. Структурно-свободная вода – это обычная вода, являющаяся растворителем минеральных и органических веществ, в которой протекают биохимические процессы. Процентное содержание структурно-свободной воды составляет 6…8 %. С точки зрения выделения влаги это наиболее просто выделяемая влага, так как выделяется методом прессования и центрифугирования [3].

Связанная вода, имеющая адсорбционную форму связи, удерживается в гидратных оболочках. Наибольшей энергией адсорбционной связи обладает мономолекулярный слой. Последующие слои жидкости удерживаются менее прочно, и свойства их постепенно приближаются к свойствам обычной воды.

Связанная вода, будучи трудноотделимой, не принимает участия в реакциях ферментативного или микробиологического характера, она тем самым способствует консервации продукта. Не замерзает при низких температурах, не вытекает при размораживании, оставаясь постоянным агентом тканей, формирует их структуру вместе с другими составными частями. Чем больше связанной воды, тем устойчивее продукт при хранении. Имеются данные, согласно которым связанная вода в растительных тканях составляет 2…6 % массы влажного вещества, или 24 % абсолютного сухого вещества.

Соотношение свободной и связанной воды в отработанном субстрате вешенки неодинаковое. Общее содержание влаги – от 52 до 85 %, из них свободной – до 75,5 % и менее связанной – до 9,5 % и более.

В аналогичных технологиях переработки подобных материалов используются различные физические методы и способы снижения влажности, проведём их анализ и определим наиболее подходящий в соответствии с концепцией нашего исследования.

По способу воздействия на объект различают обезвоживание естественное и искусственное. Естественное подразумевает удаление влаги под воздействием погодных факторов, солнечной радиации.

Преимуществом данного способа является его экономичность, так как затрат энергии для него не требуется. Однако время сушки при любых погодных факторах будет значительным, при этом следует учитывать возможность микробиологического заражения сырья.

Искусственный способ снижения влажности отработанного субстрата вешенки предусматривает целенаправленное воздействие на субстрат различных технических средств, при этом в зависимости от назначения конечного продукта контролируется и управляется влажность продукта и время обработки. Главным преимуществом данного способа является его контролируемость, управляемость, короткое время обработки, что не позволит развиться патологической микрофлоре.