Библиографическое описание:

Жылкибаева С. К., Сариев А. А. Экспериментальные исследования гранулометрического состава навоза // Молодой ученый. — 2012. — №2. 367

По прогнозным оценкам в ближайшей перспективе основным сырьем для биологической конверсии, включающей анаэробные микробиологические процессы получения метана (биогаза) и других веществ, будут служить легко трансформируемые органические соединения. К таким соединениям относятся, например, навоз животных, куриный помет и др., которые являются дешевыми отходами животноводства и требуют обеззараживания и утилизации из-за определенной опасности для окружающей среды[1]. Для получения биогаза в биогазовых установках и повышения качества биоконверсии к физико-механическим, химическим показателям навозной биомассы, в том числе и гранулометрическому составу или распределению твердых частиц в навозе по размерам, предъявляются соответствующие требования. Это объясняется тем, что грансостав биомассы влияет на степень взаимодействия твердых компонентов и жидкости и отражается на скорости осаждения их в жидком субстрате. Из практики известно, что крупные частицы соломы (больше 1 мм) в навозе крупного рогатого скота (КРС), подаваемого в реактор, должны быть удалены, т.к. цикл брожения соломы составляет до 80 суток, а цикл выхода биогаза примерно 20-30 суток. То есть, крупные частицы соломы в биогазовой установке практически не перерабатываются и являются балластом в рабочем объеме биореактора. Экспериментальные исследования грансостава навозной массы КРС нами проводились по стандартной методике с применением набора щелевых сит, результаты которых приведены в таблице 1.

Таблица 1

Ситовой анализ навозной массы КРС

Х, мм

1

2

3

4

5

6

7

Y, %

62,5

11

6.02

4,15

3,17

2,56

2,15

Y*

0,016

0,091

0,166

0,241

0,316

0,391

0,465

Из табл. 1 следует, что соотношение между средним размером твердых частиц (Х) и соответствующим содержанием их (Y) в навозе выражается нелинейной зависимостью типа Y = (b0 + b1X)-1, поэтому проведена линеаризация полученных данных (Y*) по формулам:
Y* = 1/ Y,
Y* = b0+b1X.
Для оценки параметров предполагаемого уравнения регрессии были проведены вычисления по методу наименьших квадратов[2]:
∑(1/Yi) = nb0 + b1Xi ,
∑(Xi/Yi) = b0Xi + b1Xi2; (1)
или
Yi* = nb0 + b1Xi ,
∑(Yi*Xi) = b0Xi + b1Xi2. (2)
Используя данные из табл. 1, вычислим значения параметров:
Yi* = 1,686; ∑Xi = 28; ∑(Yi*Xi) = 8,841.
После подстановки их в (2) получена следующая система уравнений:
1,686 = 7b0 + 28b1 ,
8,841 = 28b0 + 140b1 ,
из которой определяются значения коэффициентов:
b0 = - 0,0587 и b1 = 0,0749.
Следовательно, уравнение регрессии окончательно примет следующий вид:
Yi* = - 0,0587 + 0,0749Xi или
Yi = 1/(- 0,0587 + 0,0749Xi) . (3)
Воспользовавшись (3), рассчитаем текущие значения Yi :
Y1 = 61,73; Y2 = 10,98; Y3 = 6,024; Y4 = 4,151; Y5 = 3,167; Y6 = 2,56; Y7 = 2,148.
Полученные результаты сведем в таблицу 2.

Таблица 2

Экспериментальные и расчетные значения грансостава навоза

n

Yiэкспер., %

Yiрасч., %

Аi, %

1

62,5

61,73

1,232

2

11

10,98

0,182

3

6,02

6,024

0,066

4

4,15

4,151

0,024

5

3,17

3,167

0,095

6

2,56

2,56

-

7

2,15

2,148

0,093




Аi = 1,692

Для оценки качества полученной модели была определена средняя ошибка аппроксимации:
Ā = ( ∑Аi /n ) = (1,692/7) = 0,242 %,

где Аi = │(Yiэкспер - Yiрасч.)/Yiэкспер│∙100%

Качество модели считается удовлетворительной при Ā ≤ 10%, т.е. полученное нами уравнение вполне удовлетворительно описывает гранулометрический состав навозной массы КРС, полученный на основе экспериментальных исследований.

Литература:
  1. Егорова Т.А., Клунова С.М.. Основы биотехнологии. М.: Академия, 2003. – 207с.
  2. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. –М.: Статистика,1986.-250 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle