Утилизация сельскохозяйственных отходов реферат

Обновлено: 08.07.2024

Наличие большого количества отходов химической промышленности, сельскохозяйственного производства, различных видов бытовых отходов может быть неплохой альтернативой традиционным наполнителям, что решает одновременно технологические, экономические, экологические проблемы. В настоящее время в качестве наполнителей часто используются отходы различных химических производств. Имеется также большое количество отходов сельскохозяйственного производства, в частности отходов, получаемых при производстве крупяных изделий из гречихи и проса. В связи с этим предложено использование этих отходов в качестве наполнителей для ПКМ. Использование таких наполнителей позволяет не только существенно снизить затраты на получение наполнителей, а, соответственно и стоимость изделий. Кроме того, такие наполнители можно модифицировать, обеспечивая им комплекс заданных свойств.

Использование отходов сельскохозяйственного производства для наполнения полиэтилена

Сбор зерновых культур на территории РФ в период с 1996–2005 г. г. составил: просо – 7557 тыс. т., гречиха – 5816 тыс. т. При обмолоте данных крупяных продуктов существенную долю составляет лузга (отходы обмолота при производстве круп): 15,5% – для проса, 19,3% – для гречихи Таким образом, ежегодно количество лузги проса составляет ~ 117 тыс. т., лузги гречихи ~ 112 тыс. т. В этой связи предложено использование данных отходов в качестве наполнителей для полиэтилена. [44]

Использование таких наполнителей позволяет не только существенно снизить затраты на получение наполнителей, а, следовательно, и стоимость изделий, но и использовать экологически чистое сырье, что обеспечит возможность расширения областей применения изделий из ПКМ. Кроме того, такие наполнители возможно модифицировать, обеспечивая им комплекс заданных свойств, в том числе и пониженную горючесть.

В связи с отсутствием в литературе данных по свойствам отходов обмолота гречихи (ООГ) и проса (ООП), а также для оценки их взаимодействия с другими компонентами композиций и влияния их на процессы пиролиза и горения ПКМ, исследовались свойства используемых наполнителей.

Химический состав наполнителей изучался с применением метода ИКС, устойчивость к воздействию температур и способность к коксобразованию – методом ТГА, гранулометрический состав – ситовым анализом, насыпная и истинная плотность – в соответствии с ГОСТом, форма частичек – методом световой микроскопии.

Так как на прочностные свойства наполненных композиций большое влияние оказывают физические свойства наполнителей: размер частиц наполнителя, их форма и распределение в материале, то проводили подготовку наполнителя, заключавшуюся в его температурной обработке и измельчении.

Частички лузги, по данным световой микроскопии, имеют лепесткообразную форму со средними размерами: длина ~ 2–4 мм, толщина ~0,1 мм (рис. 1)

В связи с тем, что данный наполнитель имеет небольшую толщину при достаточно больших размерах, он обладает высокой удельной поверхностью, что должно обеспечить хорошую смачиваемость наполнителя связующим.

Рис. 1. а) отходы обмолота гречихи; б) отходы обмолота проса (исходные)

По химическому составу они представляют собой в основном крахмал и клетчатку, включают 14–25% воды и незначительное количество минеральных веществ, что частично подтверждается данными ИКС (рис. 4,5).

Для наполнения использовались частички как без разрушения структуры и формы, так и предварительно измельченные в ножевой дробилке.

Измельченные ООГ и ООП имеют гранулометрический состав представленный на рис. 3 и неправильную форму частиц.

Рис. 3. Гранулометрический состав измельченной лузги гречихи и проса

Средний размер частиц составляет 2,5 мм и такому размеру соответствует ~60% наполнителя.

Определена насыпная плотность измельченного наполнителя, составляющая 16,35 кг/м 3 для ООГ, и 17,4 кг/м 3 для ООП, соответственно. Отходы данных производств не растворяется в воде, в щелочах обугливается, в минеральных кислотах – не растворяется, отмечено незначительное изменение массы в ледяной уксусной кислоте и концентрированной муравьиной кислоте.

В связи с тем, что основным методом получения изделий из термопластов является литье под давлением, в процессе которого на материал воздействуют высокие температуры, оценено влияние температур на наполнители. ООГ и ООП подвергались воздействию температуры 190, 250, 400°С в течение различного времени от 10 до 180 мин. Температурная обработка уже при 250°С в течение 90 мин. изменяет объем и внешний вид наполнителя. Частицы оболочек как бы усаживаются, становятся более хрупкими и значительно легче поддаются измельчению.

Изменения в химическом составе ООГ и ООП после термовоздействия исследовались методами термогравиметрического анализа (ТГА) и инфракрасной спектроскопии (ИКС) (рис. 4,5).

Дегидратация исходных ООГ и ООП происходит в интервале температур 20–150°С с потерями массы 3,5–8%, что подтверждается эндотермичностью данного процесса.

Деструкция исходных ООГ и ООП начинается при 200°С – ООГ и 160°С – ООП, потери массы по завершению основной стадии деструкции составляют 64% у ООГ и 57,5% у ООП. Воздействие температур 200 и 250°С при продолжительности термообработки (от 10 до 180 мин) существенно не влияют на термостойкость образцов.

Исследования химического состава как исходных, так и термообработанных ООГ и ООП методом ИКС показали наличие в спектрах ИКС глубокой полосы поглощения в области 3200–3500 см -1 , свидетельствующей о наличии в оболочках гречихи и проса, связанных водородными связями, ОН¯групп. Полосы поглощения при 2923 см -1 следует отнести к валентным колебаниям связей СН – СН₃ группы, 2853 см -1 СН₂ группы. Обнаружены также валентные колебания кольца при 1090 см -1 , и мостика (–С–О–С–) при 1060 и 898 см -1 .

Анализ спектров термообработанных при 250 и 400°С ООГ и ООП показывает, что при воздействии температуры имеются различия в интенсивности и положении некоторых полос.

Так, у термообработанных, особенно при 400°С, ООГ и ООП уменьшается интенсивность полосы поглощения ОН групп, исчезают полосы, соответствующие поглощению – С–О–С – глюкозидной связи (1060 и 898 см -1 ) и увеличивается интенсивность колебаний СН₂ групп (2853 см -1 ). Все эти изменения могут свидетельствовать о разрушении макромолекулы по глюкозидным связям.

Рис. 4. Данные ИКС отходов обмолота гречихи (ООГ):

1 – ООГ исходный; 2 – ООГ термообраб. (t=190°С; τ=90 мин); 3 – ООГ термообраб. (t=250°С; τ=90 мин); 4 – ООГ термообраб. (t=400°С; τ=2 мин)

Рис. 5. Данные ИКС отходов обмолота проса (ООП):

1 – ООП исходный; 2 – ООП термообраб. (t=190°С; τ=90 мин); 3 – ООП термообраб. (t=250°С; τ=90 мин); 4 – ООП термообраб. (t=400°С; τ=2 мин)

ООГ и ООП использовали в качестве наполнителей для полиэтилена.

Компоненты в композиции совмещались следующим образом: осуществлялась подготовка исходных компонентов; ПЭ смешивался с ООГ и ООП сухим методом, до равномерного распределения наполнителя в объеме ПЭ, полученная композиция обрабатывалась, используемой в качестве антиадгезива, полиэтиленсилоксановой жидкостью (ПЭС).

Исследовались композиции, содержащие до 10 масс. ч. ООГ и ООП. Введение большего количества отходов затруднено вследствие достаточно больших размеров даже измельченных отходов и их низкой насыпной плотности.

Для выбора способа переработки, перерабатывающего оборудования и режимов переработки оценивалась текучесть композиций по показателю текучести расплава (ПТР). Определение проводилось в интервале температур 150–210°С и интервале нагрузок 2,6–10 Н. Показано, что с увеличением нагрузки при всех исследуемых температурах текучесть композиции увеличивается.

Аналогичное влияние на показатель текучести оказывает температура. С увеличением температуры при испытаниях со 150 до 210°С ПТР возрастает (рис. 17). На основании проведенных исследований для получения образцов методом экструзии выбраны оптимальные технологические параметры:

Согласно технологическим требованиям ПТР для литьевых марок составляет 2–20 г./10 мин., следовательно, исследуемые композиции можно перерабатывать литьем под давлением. [45,46]

Введением наполнителей достигается существенное изменение физико-химических и механических свойств получаемых композиционных материалов.

ПЭ низкой плотности относится по своим прочностным свойствам к классу конструкционных материалов общетехнического назначения.

Образцы, содержащие отходы обмолота гречихи и проса характеризуются комплексом свойств, близких к ненаполненному ПЭ. Отмечены уменьшение плотности, повышение устойчивости к изгибу и теплостойкости, повышение ползучеустойчивости.

Полиэтилен, наполненный как исходными, так и измельченными отходами, при растягивающих нагрузках теряет способность к возникновению и развитию вынужденно-эластической деформации, уменьшается относительное удлинение.

Образцы, содержащие лузгу меньших размеров обладают лучшей способностью к деформации, что связано с более равномерным распределением наполнителя.

Таким образом, в результате исследований была показана возможность применения отходов обмолота гречихи и проса в качестве наполнителя ПЭ. Отмечено, что введение данных отходов позволяет перерабатывать композицию методом экструзии при сохранении физико-механических свойств и термостойкости ПЭ со снижением его стоимости. Возможно также получение биодеградируемых композитов.

На основании информационного анализа, можно сделать вывод о том, что полимеры, в том числе и полиэтилен обладают уникальным комплексом свойств, не имеющих аналогов среди традиционных конструкционных материалов. В связи с этим, неуклонно растут темпы производства полимерных материалов и расширяются области их применения. Применение полимерных материалов имеет и негативную сторону, связанную с горючестью большинства полимеров. Поэтому во многих странах приняты стандарты, определяющие допустимый уровень горючести полимерных материалов, в таких отраслях как: транспортное машиностроение, электротехника, производство изделий бытового назначения, строительство. С помощью целенаправленного регулирования свойств полимеров, возможно получать материалы с заранее заданными свойствами, в том числе и пониженной горючестью. Работы по этому направлению ведутся давно, но в недостаточном количестве, т. к. это связано со сложностью поставленной задачи и необходимостью учитывать на только эффективность замедлителей горения, но и влияние используемых веществ на технологические, эксплуатационные свойства материалов, доступность замедлителей горения, экономические аспекты их производства и применения. Комплексное решение этих проблем в настоящее время на достигнуто, разработанные системы сложны и содержат добавки, оказывающие негативное влияние на физико-механические, теплофизические свойства и на окружающую среду.

Актуальность этой проблемы обусловлена необходимостью создания материалов пониженной горючести, а также наличием большого количества отходов химической и сельскохозяйственной промышленности, утилизация которых в настоящее время не проводится и использование которых в качестве наполнителей решает одновременно с технологическими и экологические проблемы.

Сельское хозяйство – самая проблемная отрасль в плане загрязнения окружающей среды. В результате деятельности человека на свалках остается огромное количество мусора, большая часть которого – ценное сырье, пригодное для вторичного использования. Между тем переработка сельскохозяйственных отходов может принести большую выгоду производителям

Откуда берутся отходы

Отходы сельского хозяйства – побочные продукты, образующиеся при производстве и первичной переработке сельскохозяйственного сырья. Предприятия не могут использовать их по прямому назначению (в силу специфики каждого отдельного производства), поэтому львиная доля мусора оказывается на свалках. Способы его утилизации зависят от вида:

Органические отходы растениеводства

Это солома и ботва с полей, листья и ветки плодовых деревьев, шелуха от переработки готовой продукции и многое другое. Лишь малую долю этих отходов используют на корм скоту либо оставляют в полях для удобрения. Большинство видов растительного мусора сжигают или хранят на свалках до их естественного разложения.

Органические отходы животноводства

Сюда относятся фекалии скота и птиц (в том числе и канализационные сбросы ферм), остатки костей, шкур, перьев после переработки мяса, туши погибших животных, использованная подстилка из стоил и прочее. Навоз частично используется для удобрения земель, но в свежем виде его можно применять в ограниченном количестве, так как он закисляет почвы, а для его распада на микроэлементы требуется время.

Синтетических удобрения и ядохимикаты на полях, в сточных водах

Единственный способ защиты природы от отравления вредными веществами — сокращение объемов использования химических препаратов, замена их безопасными аналогами.

Большинство этих побочных продуктов требует дополнительной переработки. Чтобы получить из мусора биотопливо, биодобавки к пище, удобрения (и много других полезных вещей), сельхозпроизводителям необходимо вкладывать немалые деньги в приобретение современных биотехнологий.

Многие организации уже активно занимаются переработкой своих отходов, но в основной массе фермеры продолжают не только терять полезные ресурсы, но и загрязнять ими окружающую среду. Один из недорогих, но прибыльных способов утилизации – вермикультивирование.

Роль червей в сельском хозяйстве

Переработка сельскохозяйственных отходов с помощью дождевых червей – очень рентабельный метод утилизации. Он не требует больших финансовых вложений, но приносит значительную выгоду для фермера.

Специально выведенные селекционные вермикультуры питаются различными органическими смесями, прошедшими предварительную ферментацию. Поэтому с их помощью можно переработать практически все виды отходов.

Перед скармливанием сырье размещается в кучу, яму или ящик сроком от нескольких дней до 6 месяцев (зависит от плотности), чтобы начался процесс компостирования. Частично перегнившие, мягкие отходы по мере необходимости добавляют в культиватор. В течение нескольких недель черви превратят неприятно пахнущий, гниющий субстрат в полезное удобрение – биогумус.

Вермикультуры потребляют в пищу практически любые отходы:

Благодаря вермикультивированию на фермах можно организовать почти безотходное производство. После переработки фермер не только избавится от мусора и получит высококачественное удобрение, но и собственноручно вырастит натуральные белковые корма для живности в виде излишка червей.

Переход на органическое земледелие

Для аграриев вермикультивирование – это не просто один из методов утилизации мусора. Использование биогумуса решит проблему масштабного применения химических удобрений в сельском хозяйстве, а значит, значительно уменьшится отравление почв и водоемов, повысится качество и объем урожая. Выгоды для фермера:

бесплатная утилизация отходов;
незначительные финансовые вложения в начало личного бизнеса;
низкая трудоемкость процесса;
польза для личного хозяйства (удобрение земли, корм скоту и птице) и получение прибыли от реализации излишков.

Черви быстро, с пользой и безопасно будут утилизировать отходы по мере их появления. Для земледельца это неиссякаемый источник самого эффективного и полезного для экологии удобрения.

Экономическая и экологическая польза червей

Главная проблема сельского хозяйства в нашей стране — потеря ценных, а главное натуральных, природных ресурсов в виде никому не нужных отходов. Однако такой способ утилизации, как вермикультивирование, доступен всем – от владельцев небольших земельных участков до крупных сельскохозяйственных предприятий.

Нерациональное использование вторсырья наносит непоправимый вред экологии:

общая площадь свалок по всей стране равна по размеру территории небольшого государства (почти треть из них – сельскохозяйственные), использование биотехнологий по переработке способно значительно их сократить;
скопления отходов – источник опасных газообразных выделений, отравляющих атмосферу;
разлагающаяся органика – рассадник множества вида инфекций, грызунов и насекомых-вредителей;
продукты гниения попадают в почву и грунтовые воды, распространяясь таким способом на многие километры от мест захоронения;
массовое использование химических препаратов для выращивания урожая – прямая угроза экологии и здоровью человека.

Переработка отходов в биогумус
имеет много плюсов и ни одного минуса!

Натуральное, высокоэффективное удобрение оздоравливает пахотные земли, повышает урожаи, безопасно для здоровья животных и людей.

Заключение

Именно сельхозпроизводителям разводить вермикультуры выгоднее всего, так как в фермерских хозяйствах всегда имеется избыток навоза, соломы, овощной ботвы и травы для изготовления питательного субстрата червям. Полученная продукция может с успехом использоваться как для личных нужд, так и для реализации, то есть для получения дополнительного дохода.

ГОСТ

Воздействие отходов на природную среду и необходимость их своевременной переработки

Пожалуй, ни одна отрасль народного хозяйства не оказывает такого санитарно-экологического влияния на окружающую среду, как сельское хозяйство. Так, например, природная среда загрязняется остаточным количеством удобрений, ядохимикатами, а также не переработанными отходами сельского хозяйства. Непременным условием является своевременная утилизация таких отходов. На птицефабриках и фермах это, в основном, помет, который, накапливаясь, загрязняет близлежащую территорию, образуя так называемые пометные озера, где нет места растениям, животным организмам, создавая неудобные условия проживания и для населения.

В России каждая из более 600 птицеферм дает за сутки до 300 тонн помета.

Уменьшить негативное воздействие от загрязнения природы возможно, если грамотно и рационально, с включением современных малоотходных и безотходных технологий перерабатывать отходы, появляющиеся и накапливающиеся в животноводстве, птицеводстве, растениеводстве, в конечном счете, включая их в хозяйственный оборот. При этом важным звеном в работе перерабатывающих предприятий должно стать комплексное использование отходов сельского хозяйства.

На сельскохозяйственное производство приходится 250 миллионов тонн отходов в течение одного года, из которых 150 более двух третей дает животноводство и птицеводство, а коло 100 млн. тонн – растениеводство.

Основные типы отходов сельскохозяйственной отрасли

Отходами производства считаются материальные остатки сырья, материалов, средств производства, утратившие свою потребительскую стоимость, которые невозможно использовать по прямому назначению (в связи со спецификой технологических особенностей предприятий). Это органические отходы растениеводства и животноводства; остаточное количество удобрений; пестициды и другие ядохимикаты; выбросы различных загрязняющих веществ работающей сельскохозяйственной техникой.

Готовые работы на аналогичную тему

Все отходы можно разделить на три категории: по сфере образования, по направлению использования и по способу привлечения к утилизации.

Рациональное использование сырья

Отходы агропромышленного комплекса могут служить ценным сырьем.

Из хлопковой шелухи и стержней початков кукурузы возможно получение кормовых дрожжей, фурфурола, этилового спирта, тетрагидрофурилового спирта, фурановых соединений, уксусной кислоты, пищевой глюкозы, сухих кормов для животных. Сырье, получаемое из отходов пивоваренного производства (из барды), – хлебопекарные и кормовые дрожжи, глицерин, бетаин, витамин В12, сернокислый аммоний, глютамат натрия, биомизин, корм для скота.

Отходы растениеводства частично служат органическими удобрениями, если остаются в почве на полях, или кормом для домашних животных. Также они идут на переработку на биотопливо, являющееся ресурсом для различных отраслей производства.

Способы утилизации отходов растениеводства

Один из методов утилизации таких отходов – получение кормовых белков. По расчетам, из 1 тонны рисовой соломы, которую практически не применяют в животноводстве, а сжигают, в ходе комплексного технологического процесса (безотходная технология использования этого продукта уже имеется) возможно получить 100 кг кормовых дрожжей и почти 200 квадратных метров теплоизоляционных волокнистых плит с толщиной около 12-13 см.

Перспективной технологией считается переработка отходов сельского хозяйства при помощи метанобактерий. Она построена на том принципе, что, размножаясь в любых органических остатках, эти микроорганизмы продуцируют биогаз, являющийся ценным энергетическим сырьем для небольших электростанций. Он используется также в бытовых нуждах, находит применение в виде топлива для сельскохозяйственной техники.

Для его получения отходами органики, перекрыв доступ воздуха, заполняют специальные емкости. Конечный продукт процесса брожения – газ поступает в газохранилища для последующего использования. Кроме того, после брожения остается обеззараженная субстанция – органическое, не имеющее запаха вещество, которое может служить органическим удобрением.

Технология переработки отходов с помощью метанобактерий способна экономить на селе до 40% электроэнергии и природного газа.