Технические параметры тоннеля Для Аэробной Ферментации субстрдтов

N1(7)

Т

КАрпов Ф. Ф., главный специалист Школы грибоводствА

About phase 2 tonnel design and construction for mushroom compost and pleurotus substrate.

1. Что такое тоннель?

На современных шампиньонных фермах завершающая ста­дия аэробной ферментаиии субстрата (компоста) осуществля­ется в узких и длинных помещениях с перфорированным по­лом, называемых тоннелями. Тоннели могут располагаться в одном комплексе с культивационными камерами, в компост­ном цехе или на улице (фото 1). Они же используются при ферментации субстрата для вешенки в крупных хозяйствах. С помощью вентилятора в пространство под полом нагнетается воздух, который, проиеживаясь через слой субстрата, находя­щийся на полу, насыщает его кислородом и удаляет газообраз­ные продукты метаболизма. Обычно большая часть воздуха забирается вентилятором из пространства над слоем субстра­та (воздух рециркуляции), а меньшая — с улицы (свежий воз­дух). Тоннели оборудуются устройствами управления потока­ми воздуха рециркуляции и свежего воздуха. Разогрев суб­страта может осуществляться автоматически за счёт жизнеде­ятельности микроорганизмов, либо с помощью пара, подава­емого в систему вентиляции. В некоторых случаях для увели­чения температуры применяются теплообменники. Уменьше­ние температуры субстратной массы реализуется с помощью испарительного охлаждения свежим воздухом.

Фото 1. Тоннель на улице.

В шнмпиньонпом производстве преимушество отдаётся проходным тоннелям, в которых субстрат загружается из ми-

Кробиологически грязной зоны компостного цеха, а выгрузка готового компоста осуществляется с противоположного конца тоннеля в чистую зону. Благодаря наличию крыши и герметич­но закрывающихся ворот, воздушное пространство над суб­стратом сообщается с атмосферой лишь через выпускной кла­пан. Бункеры, которые используются на первой фазе фермен­тации компоста для шампиньонов, устроены проще, чем тон­нели. Они не имеют крыши, а единственным регулируемым параметром является длительность промежутков времени ме­жду очередными включениями вентилятора.

2. Технические возможности тоннелей и области примене­ния.

Вне всякого сомнения, тоннель является технической вер­шиной всей технологической цепочки грибного производства. Продуваемые воздухом и хорошо теплоизолированные тонне­ли обеспечивают аэрацию и оптимальные температурные ус­ловия для развития полезной термофильной микрофлоры во всей многотонной массе субстрата, предназначенного для од­ной или нескольких культивационных камер. При плотности загрузки около тонны субстрата на квадратный метр пола раз­брос температуры по объёму не превышает нескольких граду­сов. Возможность реализации выбранного температурного графика обработки субстрата в условиях его регулируемой продувки воздухом позволяет подавить размножение вредных для мииелия гриба мезофильных бактерий и конкурентных плесеней и активизировать жизнедеятельность термофилов. Размножение нужных термофильных микроорганизмов наи­более эффективный на сегодняшний день способ получения селективного компоста для шампиньонов и субстрата для вешенки.

При производстве шампиньонного компоста тоннели в ос­новном применяются для пастеризации и кондиционирования субстрата на поздней стадии его аэробной ферментации (фа­за 2), когда термофильная микрофлора уже достаточно разви­та. Здесь, основное назначение обработки субстрата в тонне­ле — уничтожение вредных организмов и развитие термофиль­ной микрофлоры в тех участках компостной массы, которые были недостаточно прогреты или, наоборот, слишком пере­грелись во время первой фазы компостирования. Кроме это­го за время пребывания субстрата в тоннеле селективность компоста для шампиньонов повышается благодаря размноже­нию актиномииетов и термофильных микроскопических гри­бов в условиях хорошей аэрации. Российские производители шампиньонов либо уже используют тоннели при производст­ве компоста, либо планируют их строительство.

Напротив, при культивировании вешенки в восточной Ев­ропе и в России тоннели для аэробной ферментации субстра­та используются гораздо реже, чем другие способы термооб­работки. Применявшейся ранее гидротермической полуанаэ­робной ферментации пришла на смену ксеротермическая об­работка субстрата паром. Однако, никакая термическая обра­
ботка не обеспечивает такого уровня селективности субстра­та для вешенки, как микробиологическая ферментаиия в тон­неле. Аля аэробной ферментаиии субстрата вешенки с успе­хом применяются тоннели из шампиньонного производства. На фермах, спеииализируюшихся на производстве лишь ве­шенки, конструкция тоннеля может быть сушественно упро­шена.

3. Физико-биологические основы аэробной ферментаиии субстрата.

Аэробные микроорганизмы при своём развитии окисляют сухое вешество субстрата (полисахариды) с помощью кисло­рода воздуха, выделяя углекислый газ, воду и тепло. Соотно­шения между количеством окисленного сухого вешества, мас­сой использованного кислорода и выделенным в процессе ферментаиии субстрата биологическим теплом не зависят от вида организма. Они одинаковы как для сенной палочки, раз­множающейся при ферментаиии субстрата для вешенки, так и в случае актиномицетов и термофильных грибов в компосте шампиньонов.

За 8 — 9 суток пребывания компоста для шампиньонов в тоннеле, включая пастеризацию, кондиционирование и охла­ждение, теряется от 15 до 25% сухого вешества, потребляемо­го в основном аэробной микрофлорой. В среднем от 1,9 до 2,8% в сутки. Потребление сухого вешества соломы во время приготовления селективного субстрата для вешенки в зависи­мости от температуры составляет от 1,5 до 2,5 % в сутки, во время интенсивного размножения термофильных микроорга­низмов

Поэтому, технические параметры тоннеля можно считать оптимальными, если его оборудование обеспечит кислородом воздуха микроорганизмы, окисляющие 2% сухого вешества субстрата в сутки. Например, при влажности загружаемого в тоннель субстрата 70% на каждую тонну субстрата приходит­ся 300 кг сухого вешества, из которых превратится в углекис­лый газ и воду 6 кг/сутки или 0,25 кг/т. час Аля окисления та­кого количества углеводов потребуется 0,27 кг/т час кислоро­да или 1,3 м’/т. час свежего воздуха. При этом в каждой тон­не субстрата выделится 1,1 кВт биологического тепла. Приве­дённые выше цифры помогут нам в выборе оборудования для тоннеля в зависимости от выбранной для ферментаиии техно­логии и от количества загружаемого субстрата.

Аля успешной аэробной ферментации в тоннеле субстрат должен быть проницаем для потока воздуха Это свойство субстрата связано с его скважистостью (отношение объёма га­зообразной фазы или воздуха в субстрате к его обшему объё­му). Скважистость субстратов для вешенки как правило значи­тельно выше, чем скважистость шампиньонного компоста. При прочих равных условиях, обеспечить требуемую аэра­цию легче для субстрата вешенки, нежели для компоста шам­пиньона. К тому же шампиньонное производство предъявляет более жёсткие требования к температурному режиму и к дру­гим параметрам. Поэтому, при описании оптимальных пара­метров тоннеля мы будем прежде всего ориентироваться на использование тоннеля при компостировании в шампиньон­ных хозяйствах, оговаривая варианты возможного упрощения конструкции, если тоннель предназначен для производства субстрата под вешенку.

T. Принципиальная схема тоннеля для аэробной фермен­Таиии субстрата

Вариант размещения оборудования приведённый на рис. 1 применяется для проходных тоннелей расположенных вплот­ную друг к другу в случае, если их количество больше двух.

В тоннелях находящихся посередине группы не представля­ется возможным разместить стационарный вертикальный воздуховод так, чтобы он не мешал загрузке или выгрузке субстрата.

В связи с этим, воздуховод ("5" на рис. 1) выполняется в виде лёгкосъёмного эластичного рукава из пластика, который не может функционировать, когда давление внутри него меньше наружного. Он должен находиться в зоне нагнетания вентилятора. Рукав может проходить внутри тоннеля, как это изображено на рисунке, но при этом теряется часть полезной плошали. Выгоднее разместить воздуховод перед воротами и поднимать отсоединённую часть вместе с ними. В случае, ес­ли тоннели непроходные, вертикальный воздуховод может устанавливаться у заднего торца тоннеля либо у его стены. Однако, при размещении вентилятора внизу воздуховод дол­жен быть металлическим.

Охладитель воздуха ("10" на рис. 1) может понадобиться лишь при использовании тоннеля для зарашивания мицелием субстрата в массе. В этом случае, совершенно необходим фильтр тонкой очистки, который задерживает 99% микроча­стиц размером 5 мкм. На пути воздуха в фильтр тонкой очи­стки устанавливается грубый фильтр из синтепона. При фер­ментации субстрата обычно ограничиваются установкой фильтра грубой очистки.

Форсунка с паром может быть установлена в любом мес­те подаюшего воздуховода или у его выхода в пространстве

Основные элементы конструкции обозначены цифрами:

1 Уровень пола в субстратном цехе-

2 Канализационный слив с водяным затвором.

3. Ворота для загрузки субстрата.

4. Патрубок подачи пара в систему вентиляции.

5. Вертикальный воздуховод.

6. Разборный шит, удерживающий субстрат.

7 1_1ентробежный вентилятор среднего давления.

8 Диффузор регулировки потока воздуха

9 Нагреватель воздуха

10. Охладитель воздуха

11. Поверхность слоя субстрата.

12. Перфорированный пол.

13. Наклонное дно тоннеля.

14. Клапан регулирования потока свежего воздуха.

15. Клапан регулирования потока воздуха рециркуляции.

16. Фильтры грубой и тонкой очистки свежего воздуха.

17 Потолок субстратного цеха для случая размещения тоннеля в помещении.

18. Вытяжная шахта с клапаном.

19. Разборный шит удерживающий субстрат.

20. Ворота для выгрузки субстрата.

Рисунок 1.

НАучНО-ПрОИЗВОДСТВЕННЫМ журндл

Принципиальная схема тоннеля для аэробной ферментаиии субстрата

Под перфорированным полом. Вытяжную шахту "17" реко­мендуется устанавливать в средней части крыши тоннеля. Под шахтой следует разместить жёлоб для отведения конденсата, стекаюшего на субстрат. В простейшем случае, вместо вытяж­ной шахты может быть сделано выхлопное окошко с клапа­ном.

5. Перфорированный пол тоннеля.

Пронииаемый для воздуха пол тоннеля для шампиньонного производства набирается из поперечных длинной стороне тоннеля железобетонных или дубовых брусьев с промежутка­ми между ними 25 — 30% от их ширины. Пол тоннеля должен быть достаточно прочным, чтобы он мог выдержать вес колёс­ной техники, используемой при загрузке и разгрузке и вес двухметрового слоя компоста. Алина брусьев определяется необходимостью их надёжной опоры на фундамент и внут­ренней шириной тоннеля. Стандартным считается тоннель ши­риной 3 метра. При меньшей ширине тоннеля в качестве брусьев можно использовать железнодорожные шпалы. Сече­ние дубовых брусьев от 150 х 150 мм до 200 х 200 мм, желе­зобетонных определяется их прочностью. Форма сечения либо квадратная, либо трапеииидальная широким основанием вверх. В последнем случае меньше вероятность засорения ше — лей. Иногда используются металлические швелеры или рельсы.

Поскольку субстрат высокого качества можно приготовить путем аэробной ферментаиии лишь при отсутствии в его объ­ёме градиента температур, нежелательно применение брусьев с высокой теплопроводностью. При использовании стальных или железобетонных брусьев следует предусмотреть их тепло­изоляцию в месте опоры на фундамент. Перфорированный пол настилается так, чтобы его поверхность была на уровне земли или на уровне пола субстратного цеха. Заглубление тоннеля в землю нежелательно из за соображений максималь­ной теплоизоляции субстрата.

6. Подстилочная сетка и сетка скольжения.

Перед загрузкой субстрата на перфорированный пол на­стилается подстилочная полимерная сетка, которая закрепля­ется на полу. Поверх подстилочной расстилается сетка сколь­жения для вытягивания на ней компоста с помошью электро­лебёдки. У сетки скольжения оставляется кусок для закрепле­ния на валу лебёдки. Достаточно прочные сетки выпускаются могилёвским лавсановым заводом.

Проходные тоннели загружаются кассетными загрузочны­ми машинами, а разгружаются с другой стороны с помошью сетки скольжения. Тоннели имеюшие одни ворота разгружа­ются с помошью колёсной техники. В любом случае типом применяемой техники для погрузочно-разгрузочных работ определяется высота потолка тоннеля.

7. Пример оиенки некоторых параметров тоннеля.

N1(7)

В качестве примера рассмотрим тоннель, рассчитанный на 20 тонн готового компоста. В этом случае масса загружаемо­го в тоннель субстрата составит 30 тонн и при плотности суб­страта на выходе из бурта или бункера 0,45 т/ м’ и толшине слоя компоста 2 метра плошадь перфорированного пола 33 м’ (3 м. х 11 м.). Нагрузка на пол будет примерно равна 950 кг/кв. м. При аэробной ферментации субстрата для вешенки в том же тоннеле удастся разместить 23 тонны субстрата при его плотности 0,35 т/м’. и при той же толшине слоя. Посколь­ку субстрат для вешенки имеет значительно большую скважи­стость, процент открытой для воздуха плошади может быть су­щественно ниже, а конструкция пола проше. За рубежом при­меняются тоннели с круглыми отверстиями в полу диаметром 10-20 мм.

8. Подпольное воздушное пространство.

Фундамент тоннеля образует подпольное воздушное про­странство, в которое нагнетается воздух под давлением от 1000 до 1500 паскалей. Стены фундамента должны выдержи­вать многотонную массу субстрата, а его пол имеет наклон не­сколько больший одного градуса для стока воды в сливное от­верстие канализации. Голландские специалисты рекомендуют рассчитывать глубину воздушного пространства в месте слива канализации и входа воздушного потока так: 0,25 м + длина тоннеля в метрах/40. А глубину с противоположной стороны как разность между глубиной в месте слива и величиной: (дли­на тоннеля в метрах — 1)/50. Так при длине тоннеля 11 метров глубина у слива должна быть 0,5 мае противоположной сто­роны 0,3 м. Канализационный слив устраивается в нижней точке подпольного пространства. Система канализации долж­на содержать водяной затвор, способный выдержать избыточ­ное давление создаваемое вентилятором.

9. Потолок и стены тоннеля.

Качественная аэробная ферментация субстрата в тоннеле возможна лишь в том случае, если весь его объём находится при одинаковой температуре. Это возможно при условии, что охлаждение массы субстрата путём теплопередачи через его поверхность будет много меньше, чем охлаждение продувае­мым воздухом. Потолок и ворота тоннеля отделены от суб­страта слоем воздуха. Наибольшие неприятности может дос­тавить недостаточная теплоизоляция стен, которые непосред­ственно соприкасаются субстратной массой. По рекоменда­циям голландских специалистов коэффициент теплопередачи через стены тоннеля н должен превышать величины 0,4 Вт/°См2. Такими теплоизолирующими свойствами обладает строительный пенопласт толщиной 10 см. К примеру, тепло­изолирующие свойства полуметровой кирпичной стены в два кирпича в четыре раза хуже. Стены тоннеля могут быть сдела­ны из панелей с металлическим покрытием, применяемых для изготовления холодильных камер. Например, сэндвичпанели волжского завода холодильных камер. Потолок тоннеля тоже должен иметь хорошее утепление. Внутренняя облицовка стен тоннеля должна быть влагонепроницаемой и в, случае приме­нения сетки скольжения при выгрузке, стены должны быть гладкими. Годится облицовка нержавеющей сталью или влаго­стойкой фанерой (Фото 2).

Фото 2. Тоннель внутри 10. Основной вентилятор тоннеля.

НАуЧНО-ПрОИЗВОДСТВЕННЫ И ЖурНАЛ

Аля использования в тоннеле подходят радиальные (цент­робежные) вентиляторы (фото 3) и совершенно не годятся осевые по целому ряду причин.

В радиальных вентиляторах поток воздуха приходит минуя двигатель, поэтому обычные, нетермостойкие радиальные вентиляторы могут перемешать воздух с температурой до 80°С. Радиальные вентиляторы допускают применение в зоне всасывания регулирующего диффузора для плавного умень­шения потока воздуха (фото 4). И, самое главное, центробеж­ные вентиляторы создают высокое давление при небольшом потоке воздуха, что и требуется в тоннеле. Могут применять­ся обычные вентиляторы из углеродистой стали или в анти­коррозийном исполнении из нержавеющей стали. Последние более долговечны, но примерно вдвое дороже.

Аля аэрации двухметрового слоя шампиньонного компоста с нужной скоростью процеживания воздуха (0,05-0,06 м/сек), требуется давление в воздушном пространстве под ним 10ОО Па (при ферментации субстрата для вешенки оно может быть ниже). Основной вентилятор должен развивать несколько большее давление т. к. воздушный фильтр, управляющие кла­паны или жалюзи (фото 5) и другие элементы, расположенные в воздуховоде создают дополнительное аэродинамическое со­противление движению воздуха. Рекомендуемые параметры вентилятора для тоннеля 200 м’/час на каждую тонну субстра­та при давлении 1 200 — 1500 Па. В тоннеле рассчитанном на 30 тонн субстрата должен устанавливаться вентилятор произ­водительностью не менее 6000 м’/час при указанном выше да­влении. Например, из выпускаемых московским заводом "Мовен" это BP 86 77-4 с двигателем АИР 100 L2 установоч — ой мощностью 5,5 кВт

11. Воздуховоды и другие устройства.

НАучНО-ПрОИЗВОДСТВЕННЫЙ журНАА

Фото 4. Диффузор

Фото 3. Вентилятор

Воздуховоды тоннеля могут быть квадратного или круглого сечения. Диаметр воздуховодов от 40 до 50 сантиметров в за­висимости от массы загружаемого субстрата. Аля согласова­ния диаметра воздуховода с размером теплообменников и оправы фильтров очистки воздуха применяются нерегулиру­емые диффузоры. В зоне разряжения вентилятора может ус­танавливаться регулируемый диффузор или диафрагма. Ди­афрагма полностью повторяет устройство диафрагмы фото­объективов, а принцип действия регулируемого диффузора такой же, но он позволяет сохранить ламинарность потока воздуха, что предотвращает уменьшение коэффициента по­лезного действия вентилятора. Регулировочные жалюзи (фо-

Фото 5. Жалюзи

То 5) или клапаны тоже, по возможности, не должны создавать завихрений в потоке воздуха.

N1(7)

НАучНО-ПрОИЗВОДСТВЕННЫЙ журндл

Принудительный разогрев компоста может осушествляться с помошью пара низкого давления, который подаётся в любую точку воздуховода в зоне нагнетания или непосредственно в воздушное пространство под перфорированным полом в зоне выхода воздуха из воздуховода. Применение для разогрева компоста нагрева воздуха в теплообменниках или ТЭН-ами менее эффективно, если только нагретый воздух предвари­тельно не увлажняется. Оптимальный разогрев должен осуше­ствляться одновременно и подогревом воздуха и подачей па­ра, количество которого рассчитывается по диаграмме Моль­ера. На практике либо стараются обойтись без принудитель­ного разогрева, что считается оптимальным вариантом, либо применяют пар.