Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow Инженерная экология: защита литосферы от твердых промышленных и бытовых отходов

АНАЭРОБНОЕ СБРАЖИВАНИЕ И МЕТАНОГЕНЕРАЦИЯ

Анаэробное сбраживание и метаногенерацию применяют для переработки, обезвреживания и уменьшения объемов биомассы различного происхождения, отходов животноводческих и птицеферм, осадков очистных сооружений, бытовых отходов, целлю- лозо-, белок-, жиросодержащих и других материалов с большим содержанием органических веществ. Органическое вещество минерализуется в процессе метаногенерации с образованием биогаза. Образующийся биогаз может быть утилизирован на энергетические и тепловые нужды.

При анаэробном сбраживании 1 кг ТБО образуется до 20 л биогаза в сутки, а при переработке ТБО города с населением 150 000 человек — до 2 млн м3 биогаза в год [1].

При метаногенной переработке навоза используется понятие животной единицы, чтобы иметь возможность сравнивать количество производимого из навоза разных животных биогаза. Одной животной единице условно соответствуют 1 взрослая корова, или 5 телят, или 6 свиней, или 250 куриц. Одна животная единица способна производить в сутки 1,5 м3 биогаза. Из 1 т сухого вещества навоза при оптимальных условиях можно получить 350 м3 биогаза, или в пересчете на 1 голову крупного рогатого скота (КРС) — 1,5—2,5 м3 в сутки, а в течение года — до 900 м3, что эквивалентно по теплотворной способности 600—700 л бензина [1].

Всего по России за счет переработки органических отходов биоконверсией в биогаз можно было бы получать до 75 млн т условного топлива в год. Однако для этого необходимы биоэнергетические установки с общим объемом реакторов 50-60 млн м3 или 50-60 тыс. установок с реакторами объемом 1 тыс. м3.

Часть вещества, не поддающаяся биологическому разрушению (несброженный твердый осадок), может быть в дальнейшем захоронена или утилизирована. Осадок, образующийся, например, при сбраживании навоза или активного ила, содержит большое количество азота и фосфора, не содержит условно-патогенной микрофлоры и жизнеспособных семян сорняков (при термофильном сбраживании), пригоден для аэробного компостирования или непосредственного использования в качестве удобрения в сельском хозяйстве, а в ряде случаев может служить источником кормового витамина В12. В последнее время анаэробное сбраживание применяют и для разложения токсичных ксенобиотиков в загрязненном ими материале [1].

В Китае, Индии, Корее, Тайване, Таиланде, США, Канаде, Японии, Дании и других странах анаэробное сбраживание отходов в биогаз используется широко. Семейные биогазовые реакторы, большие и средние биогазовые электростанции перерабатывают органические отходы городов, отходы животноводства и птицеводства, винных заводов с получением электроэнергии. Биогазовая продукция в Китае оценивается в 33 • 1015 Дж. В Дании в эксплуатации находится несколько десятков централизованных биогазовых заводов, способных ежегодно обрабатывать более 1,5 млн т биомассы (75% отходов животноводства и 25% других органических отходов) с получением более 50 млн м3 биогаза.

В России из различных вариантов метаногенной переработки отходов наиболее распространено анаэробное сбраживание осадков сточных вод в метантенках: активного ила вторичных отстойников или отстойников-илоуплотнителей без обезвоживания и с предварительным обезвоживанием на центрифугах, вакуум-фильтрах, фильтр-прессах; осадка первичных отстойников с решеток после измельчения; биопленки с биофильтров. Сбраживание смеси осадка первичных отстойников и уплотненного избыточного ила в термофильных условиях в течение ряда лет применяется на Курьяновской и Люберецкой станциях аэрации в Москве. Типичная схема установки для переработки активного ила приведена на рис. 5.29. Выход биогаза в зависимости от состава сбраживаемой смеси осадка составляет 5—22 м33 смеси при влажности осадка 94—97,5% или 0,4—0,6 м3/кг беззольного вещества осадков [1,71, 128, 186, 187].

Сбраживание твердых отходов может проводиться как при пониженных, так и при повышенных температурах, но наиболее распространено мезофильное сбраживание. Переработка в метантенках осадков сточных вод и навоза в мезофильном режиме длится около 30 сут, в термофильном — около 5—10 сут при нагрузке по сбраживаемому сырью от 0,5 до 5—6 кг/м3 • сут. Сбраживание соломы влажностью около 60% на 90% при температуре 35°С происходит за 120—200 сут, при 55°С — за 60—90 сут. Лигногуминовая составляющая растительной биомассы сбраживается, но образует намного меньше биогаза.

Для очистки 54 м3/сут навозных стоков, поступающих со свинофермы на 1000 голов свиней, с содержанием 5—6% твердых частиц требуется биореактор объемом 570 м3 при нагрузке 3,5 кг/м3 • сут и времени пребывания 10 сут. Содержание метана в биогазе — 69%.

Схема установки для метаногенного сбраживания ила, получаемого с очистных сооружений городских стоков

Рис. 5.29. Схема установки для метаногенного сбраживания ила, получаемого с очистных сооружений городских стоков:

7 — отстойник; 2 — метантенк; 3 — теплообменник; 4 — устройства для очистки биогаза; 5 — парогенераторы

Концентрация органического вещества в поступающем в реактор сырье должна составлять не менее 2%. При меньших концентрациях содержание бактериальных клеток резко падает, и процесс практически останавливается.

Ферма КРС на 1000 голов при нормальном кормлении и добавлении в подстилку не менее 4 кг соломы в сутки на голову производит 30—50 т отходов влажностью ~85%. Для переработки этого количества отходов методом твердофазной ферментации требуется реактор общим объемом 1200 м3, методом жидкофазной ферментации — 2400 м3. В сутки образуется -2000 м3 горючего газа, из которых -600 м3 потребляется на нужды установки и -1400 м3 может использоваться для удовлетворения потребности в энергии 1000 домохозяйств по четыре человека в каждом.

Эффективность анаэробной переработки отходов может быть повышена предварительным концентрированием жидких отходов (например, активного ила) перед сбраживанием, добавками различных компонентов в исходный субстрат (например, соломы к куриному помету), измельчением сырья и др.

В табл. 5.22 приведены показатели сбраживания некоторых отходов в анаэробных реакторах в мезофильном режиме [1].

Показатели сбраживания подстилочного навоза и послеспиртовой барды

Таблица 5.22

Показатель

Подстилочный навоз, метантенк, жидкофазная метаногенерация

Подстилочный навоз, метантенк, твердофазная метаногенерация

Фугат

зерновой барды, UASB-реактор

Содержание сбраживаемых веществ

4,8%

11,6%

25-35

кгХПК/м3

Время пребывания, сут

17

17

3-5

Нагрузка, кг СВ/м3 ? сут

2,8

6,8

8-10

Степень сбраживания, %

32

32

75-85

Минимальное содержание сбраживаемых веществ в исходной среде

2%

8-10%

1,5-2,0 кгХПК/м3

Количество образующегося биогаза, м33 • ч

0,03

0,07

0,11-0,13

Удельный выход биогаза, м3/кг внесенного органического вещества

0,26

0,26

0,60-0,68

Содержание СН4 в биогазе, % об.

59

59

50-60

Теплотворная способность биогаза, тыс. кДж/м3

20,7

20,7

17,5-21

Выход энергии с 1 м3 биогаза с учетом КПД преобразования, кВт • ч

1,66

1,66

1,41-1,69

Доля биогаза на собственные нужды (обогрев реактора и др.), %

30

30

29-33

Количество образуемого избыточного ила, кг асв/сут • м3

0,3-0,4

Количество образуемого избыточного ила, кг асв/кг ХПКвх

0,05-0,07

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы