Экологические аспекты современной биотехнологии

Количество перерабатываемых стоков, м3/сут 500

ХПК, т/сут 1,3

БПКл, т/сут 0,6

Взвешенные вещества, т/сут 1,1

Температура, °С 20

Редукция по БПКт, % > 80

Содержание метана в биогазе,% 70—74

На одном из заводов о/о «Алко» и бумажной фабрики в г. Аньяле (Финляндия) фирма

«Тампелла» разработала систему очистки стоков, состоящую из анаэробной и аэробной частей. Завод производит крахмал, этанол и различные корма и за год перерабатывает около 140 тыс. т ячменя. Стоки завода сначала обрабатываются в нейтрализаторе, затем после­довательно проходят усреднитель, две стадии метанового бро­жения, аэротенк и вторичный отстойник. Общая емкость мета­нтенков 1350 м3, суточная производительность по стокам 2000 м3, в которых ХПК равен 10 т, БПКг — 6,7 т, количество взвешен­ных веществ 1 т. Процесс идет при мезофильном режиме (35— 40 °С), степень редукции по ВПК 95 %.

Метановое сбраживание отходов

Первые опыты в СССР по метановому сбраживанию жидких отходов были начаты в Латвии в специально сконструированном реакторе объёмом по 75 м3. Внутри реактора имеются пере­городки, обеспечивающие лабиринтное движение субстрата и ус­траняющие случайный прямолинейный проход частиц навоза в аппарате. Режим работы термофильный (54 °С), средняя суточ­ная замена субстрата в биореакторе 20 %. Навозные стоки за­гружают в емкость для свежего навоза, далее насосом — в ем­кость для предварительного нагрева, а затем перекачивают в биореактор.

Биогаз собирался в верхней части биореактора и в газгольдере, а оттуда по трубопроводу направляется в котел для сжига­ния в инжекционных горелках низкого давления. Подогретая в котле теплая вода поступает в бойлер, откуда часть расходу­ется для поддержания температуры в биореакторе, а часть нап­равляется на обогрев помещений для животных. Сброженный субстрат вытесняется из биореактора н трактором вывозится для удобрения полей. Средний состав жидкого удобрения (в%): сухое вещество— 1,0—5,0, органические вещества — 0,25—4,2, фосфор — 0,05—0,7, азот —0,31 —1,14, рН 6,5—8,3. Жидкое ор­ганическое удобрение после метанового брожения проверено в опытных и полевых условиях. При этом доказано его высокое качество, особенно для поливки полей с многолетними травами. В этом случае урожай зеленой массы удваивается. Средние данные за 12 мес эксплуатации этой установки в совхозе «Огре» приведены ниже (В. С. Дубровские, 1987).

Выход биогаза с 1 м3 рабочего объема биореакто- 2,55

ра, м3/сут

Выход биогаза из 1 кг сухого органического вешест- 0,448

ва, м3/сут

Содержание метана в биогазе, % 64,8

Средняя загрузка органического вещества на 1 м35,69

рабочего объема реактора, кг/сут

Среднее выделение метана с 1 м3 рабочего объема 1,65

биореактора, м3/сут

Максимальное выделение метана с 1 мл рабочего 3,93

объема биореактора, м3/сут

Четырехлетний опыт работы этой установки показал перспективность термофильного метанового сбраживания отходов ферм, как экономически и экологически оправданного способа обезвре­живания навоза. До 50 % энергии, полученной с биогазом, мож­но использовать в животноводческих комплексах, остальное ко­личество расходуется на поддержание процесса.

На крупных животноводческих комплексах ферментирован-

ный навоз фракционируют. Жидкую фракцию целесооб­разно дополнительно обра­батывать и рециркулировать, а твердую - - исполь­зовать в качестве высокока­чественного органического удобрения.

Своеобразными компос-тами являются городские свалки. Толщина слоя мусо­ра на городских свалках до­стигает 10 и даже 20 м. В городских отходах содержатся различные органиче­ские вещества,

поэтому в массе отходов протекают сначала аэроб­ные, а затем анаэробные микробиологические процессы. Условно микробиологические про­цессы, происходящие в свалках, можно разделить на четыре этапа, различающиеся по газовому составу (рис. 8). Сначала между частицами мусора находится воздух, содержащий около 20 % кислорода. Через некоторое время он поглощается аэроб­ной микрофлорой и начинается деятельность анаэробной микро­флоры — сначала не образующей метан, а затем метаногенов. В зависимости от местных условий через несколько месяцев или через год наступает стабильное метановое брожение, и в выделяющемся газе содержится 50—55 % СН4, около 40 % СО2 и 5 % N2.

В 70-х годах в США и странах Европы для получения энергии начали использовать газ, выделяющийся при разложении мусора в свалках. Для этого на различной глубине устанавливают перфорированные трубы, через которые откачивают газ.

В Дании проведено обследование городских свалок и сделано заключение, что 45 из них пригодны для получения биогаза {WiMumsen, 1985). На этих свалках около 38 млн т мусора, и биогаз может образовываться в течение 25 лет.

В годы перестройки в г. Выборге изготовлена опытная установка по получению электроэнергии из выделяющегося в городской свалке биогаза. Данная свалка занимает площадь около 1 га, толщина слоя мусора 6—12 м, масса мусора 400 тыс. т. Для эксперимента был выделен участок с массой мусора около 50 000 т, на котором сдела­ны 8 отверстий, соединенных при помощи трубопроводов, насосов и фильтров с дизелем мощностью 32 кВт и способностью тепло-генерирования 60 кВт. При скорости сбора газа 20 м3/ч дизель работал хорошо. На основании этого опыта выполнен проект получения энергии на свалке г. Выборга. При этом можно полу­чать ежегодно 24 000 кДж энергии, что заменит 600 т нефти. Данное мероприятие оказалось экономически выгодным, но дальнейшего развития к сожалению не получило.

Получение биогаза на городских свалках относится к типу твердофазной ферментации. Аналогично можно ферментировать и отходы сельскохозяйственного производства, например солому влажностью около 60 %. При температуре 35 °С деструкция органического вещества на 90 % достигается за 120—200 сут, при 55 °С — за 60—90 сут (R. С. Loehr, 1984).

Экономические аспекты переработки отходов

В некоторых странах Азии широко распространены небольшие биогазовые установки объемом 1 — 2 м3 и производительностью 2—3 м3/сут. Конструкции таких биореакторов несложны, поэтому их изготовляют в основном си­лами семьи. В связи с этим стоимость их невелика, следовательно, они экономически оправданы, так как обеспечивается газом кухня и к тому же обезвреживаются отходы. В Китае и Индии начат промышленный выпуск биореакторов объемом 5—10 м3, производительностью по биогазу около 10 м3/сут. Такие биореак­торы используют кооперативно. В Юго-Восточной Азии, где ши­роко применяются эти установки, благоприятны и климатические условия, что позволяет обеспечить мезофильный режим без по­догрева.

 Скачать реферат