Главная >  Потенциал энергии 

 

Биогаз. Известно несколько десятков микроорганизмов, которые раскладывают сложные органические вещества на простые жирные кислоты и свыше десятка, которые перерабатывают эти кислоты на метан и СО Если идет речь о биогазе, как правило, имеют в виду, что источником его образования являются твердые органические отходы. Но есть еще и другой значительный потенциал получения биогаза путем анаэробной ферментации органических веществ растворённых в сточных водах, в особенности промышленных, где концентрация составляет десятки килограмм ХСК на 1 м3 воды. Больше всего растворённых органических веществ есть в сточных водах всех без исключения пищевых предприятий. В соответствии с данными Института охраны водных ресурсов (Харьков) только предприятия по переработке молока, производству сахара и спирта ежегодно сбрасывают большее 1 млн. тон ХСК. Сюда надо добавить еще стоки от других пищевых производств (мясо, пиво, безалкогольные напитки, вино, дрожжи и др.). Эти отходы загрязняют поверхностные и подземные воды, образовывая угрозу для нормального существования всего живого в воде.

 

Из нетрадиционных источников энергоресурсов значительный интерес во всем мире вызывает биогаз. Биогаз можно добывать из органической массы растительного происхождения при ферментации ее анаэробными бактериями в метантенках. В Китае уже в 1992г. работало 17 млн. метантенков разных размеров. За счет биогаза Китай обеспечивает около 30% своих потребностей в энергоносителях и к двухтысячному году планировал довести производство биогаза до 350 млн. т. условного топлива. В США, где постоянно проявляют заботу об энергосбережении, за счет биогаза обеспечивается 2% общего энергопотребления. Конгрессом США принята программа энергия из отходов . За счет биогаза и других источников, которые восстанавливаются, можно ожидать обеспечения около 40% энергопотребления. Англия выделяет ежегодно 100 млн. фунтов на научные и конструкторские разработки в направления возобновляемых источников энергии. Правительство контролирует национальную полного обеспечения энергетических потребностей сельского хозяйства за счет биогаза. Практически во всех странах Западной Европы созданы национальные программы по получению и использованию биогаза. В основе технологий, результатом которых есть производство биогаза, есть анаэробная биотехнология, то есть ферментация органических веществ в условиях полного отсутствия кислорода.

 

Затраты электроэнергии снижаются с 2 квт·ч на каждый кг ХСК до 0,25 квт·ч., то есть на 86,5% за счет отсутствия аэрации. Условно от анаэробной переработки 2 млн.т органических веществ, которые сбрасываются в Украине в пищевой промышленности, можно получить годовую экономию 3,5 млрд. квт·ч электроэнергии ежегодно. Примечание: ХСК (химическое потребление кислорода), БСК (биологическое потребление кислорода). Эти показатели характеризуют степень загрязненности сточных вод органическими веществами. На 1 кг переработанной ХСК выделяется 0,35 м3 чистого метана или 0,45 м3 биогаза. В масштабе Украины это может составить ежегодно почти 1 млрд. м3 биогаза, полноценного энергоносителя, который используется во всех случаях, где используется природный газ. Сжигание 1м3 биогаза на современной когенерационной установке дает возможность получить 2 квт·ч. электроэнергии и 4 квт·ч. тепловой энергии в виде горячей воды.

 

Современная технология для локального очищения стоков есть и уже десятки лет внедряется во всех странах мира, она имеет подавляющие преимущества перед классической, которую используют на городских очистительных сооружениях. Это анаэробная биотехнология, которая приспособлена для обезвреживания (биологического распада) органических веществ в анаэробной среде. Эта технология как и внедряется, как локальная, для предшествующего очищения высококонцентрированных стоков непосредственно на тех предприятиях, которые создают эти стоки. Анаэробная технология имеет много преимуществ над аэробной. Некоторые из них перечислены ниже.

 

Сегодня в каждом городе на аэрационные сооружения сбрасывается до 30% сточных вод бытового характера. Остаток это высококонцентрированные, или разбавленные свежей водой стоки промышленных предприятий. В особенности злоупотребляют разбавлением предприятия, где используется очень дешевая свежая вода из артезианских буровых скважин. Именно по этой причине концентрация сточных вод украинских пивоварен у десятки раз ниже аналогичных предприятий Запада. Но, как не разбавляй, а в канализацию ежесуточно сбрасывается 6000 кг ХСК, если мощность пивзавода составляет 10 млн. декалитров в год. Заводы по производству хлебных дрожжей снимают до 250 кг ХСК на тонне продукции. Где-то посредине по количеству загрязнений находятся молокоперерабатывающие заводы. Нетрудно составить представление, какие резервы экономии энергоресурсов существуют в наших городах.

 

На действующих аэрационных сооружениях из любого 1 кг сброшенного ХСК получается 0,59 кг органической биомассы - отмерших аэробных микроорганизмов. Эта биомасса имеет очень плохие характеристики с точки зрения ее утилизации. Она имеет коллоидную структуру и обезвоживается до 10-12% сухого вещества только при использовании дорогих полиэлектролитов. По данным Европейского Агентства охраны окружающей среды утилизация 1 т сухого ила стоит от 60 до 400 Евро. По этой причине избыточная биомасса накапливается на огромных бетонированных свалках, где частично высыхает и вывозится в отвалы, а в основном масса гниет. Например, на городских аэрационных сооружениях Днепропетровска под свалки отведена площадь 140 га. За счет постоянного гниения биомассы загрязняются подземные воды, а в окружающую среду выделяется большое количество парниковых газов (СН4, СО . Метантенки для утилизации избыточного ила почти нигде не работают. Возникает вопрос - или тратить 2 квт.год. энергии на аэрацию для удаления 1 кг ХСК из сточной воды, а потом тратить дополнительно средства и энергию на сооружение и работу метантенков, или получать биогаз уже на стадии очищения сточных вод. Надо отметить, что при применении анаэробной ферментации получается всего 0,03 кг биомассы на 1 кг снятой ХСК. Остаток органических веществ преобразуется в метан.

 

Среди преимуществ анаэробной биотехнологии нельзя не отметить значительное снижение выбросов в атмосферу метана и СО2, которые являются основными газами, которые служат причиной глобального потепления. Например, снижение эмиссии парниковых газов в перерасчете на углеродный эквивалент составляет почти 2 млн. тон СО2 на протяжении амортизационного периода эксплуатации дрожжевого завода мощностью 120 тон в сутки. Внедрение анаэробной биотехнологии одновременно решает несколько важных проблем:
энергосбережение;
разгрузка городских аэрационных станций;
снижение эмиссии парниковых газов. На рис.1 приведена схема сравнительных затрат энергии на 1 кг удаленной ХСК

 

Еще одна черта анаэробной биотехнологии - короткий срок возвращения капиталовложений. В странах Западной Европы за счет экономии энергии, получения и утилизации биогаза, снижения платы за очистку, окупаемость капиталовложений составляет 1-3 года. Компактность анаэробных станций очистки, полная герметичность и отсутствие запахов, архитектурные формы разрешают сооружать их на территории предприятий даже в густонаселенных кварталах городов. Таких примеров существует тысячи.

 

- Аэробный процесс; - Анаэробний процесс

 

Рис. Диаграмма энергосбережения

 

Рис. Диаграмма снижения эмиссии парниковых газов

 

Эмиссия тепличных газов: СО2 + СН4 на 1 кг удалённой ХСК
Аэробный процесс: CO2 => 2 кВт·ч * 0.965 = 1.93 кг/кг ХСК CH4 (в единицах CO => 0.58 * 0.25 * 20 = 2.9 кг/кг ХСК
Анаэробний процесс: CO2 => 0.27кВт·ч * 0.965 = 0.26 кг/кг ХСК

 

Надо отметить, что качество сточных вод даже на одинаковых по профилю предприятиях может иметь значительные отличия. Поэтому решение о промышленном внедрении можно принимать только после определения качественных характеристик сточных вод и выяснения эффективности их очищение анаэробным способом на пилотном уровне. ООО Микробиологические системы (МБС) уже выполнило несколько пилотних проектов с участием специалистов из Нидерландов и имеет необходимые знания и опыт в распространении анаэробной биотехнологии.

 

На Украине уже есть опыт внедрения анаэробной биотехнологии. Введенный в эксплуатацию на Яготинском сахарном заводе промышленный модуль, рассчитанный на переработку 1т. ХСК в сутки прошел успешное испытание в сезон переработки сахарной свеклы в 2001 году. На протяжении трех суток после подачи сточных вод на реактор была достигнута полная мощность модуля. Организационно-техническую подготовку выполнили ООО Микробиологические системы (Киев) и ОАО Нефтехиммашпроект (Киев). Основная часть оборудования поставлена фирмой Биотан (Нидерланды). В 2002 г. крупнейший в Украине завод по производству хлебных дрожжей ЗАО Ензим (Львов) начал подготовку к внедрению полномасштабной промышленной станции анаэробного очищения сточных вод. Планируется установить реактор, рассчитанный на мощность переработки до 37 тон ХСК в сутки. Лицензионные узлы будут поставлены фирмой Биотан (Нидерланды), одной из ведущих фирм Западной Европы в области анаэробного очищения сточных вод. Консультативную помощь предоставляет ООО Микробиологические системы (МБС), которая и разработала исходные данные на проектирование.

 



 

Стратегические направления разви. Международная конференция по ком. Энергоаудит и аудит. Управління енергоспоживанням в. 3.

 

Главная >  Потенциал энергии 

0.0031