57576

Біогаз із сміттєзвалищ

Реферат

Энергетика

Окиснення (аеробний процес) спостерігається тільки у верхніх шарах сміттєзвалища. У нижні шари комунальних відходів кисень не потрапляє. Від моменту перекривання доступу кисню, кисневі процеси відбуваються доволі швидко (кілька, або кільканадцять днів).

Украинкский

2014-04-12

343 KB

15 чел.

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний університет харчових технологій

                                                        

Кафедра теоретичної механіки

та енергозберігаючих ресурсів

Реферат

на тему:

     «Біогаз із сміттєзвалищ»

                                                   Виконав:

студент групи ТМя  5-1

                                                              Галат Є.Є.

                                                         Перевірила:

                                                                 Рябоконь Н.В.

                                                         Київ 2013


Зміст

  1.  ПОНЯТТЯ «Біогазу». УТВОРЕННЯ БІОГАЗУ НА СМІТТЄЗВАЛИЩАХ……………………………………………………3
  2.  ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ БІОГАЗУ.  ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ……………………………………………………..6
  3.  КОНСТРУКЦІЯ БІОЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ…………….9
  4.  ЕНЕРГЕТИЧНИЙ, ЕКОНОМІЧНИЙ, ЕКОЛОГІЧНИЙ, СОЦІАЛЬНИЙ ЕФЕКТИ ПРИ ПЕРЕРОБЦІ БІОВІДХОДІВ І СМІТТЯ…………………………………………………………………..21
  5.  ВИСНОВКИ……………………………………………………………..25
  6.  ЛІТЕРАТУРА…………………………………………………………….26


1.ПОНЯТТЯ «Біогазу». УТВОРЕННЯ БІОГАЗУ НА СМІТТЄЗВАЛИЩАХ

Біога́з (також каналізаційний газ) — різновид біопалива  газ, який утворюється при мікробіологічному розкладанні метановим угрупованнямбіомаси чи біовідходів (розкладання біомаси відбувається під впливом трьох видів бактерій), твердих і рідких органічних відходів: на звалищах, болотах, каналізації, вигрібних ямах тощо. Добувають із відходів тваринництва, харчової промисловості, стічних вод та твердих побутових відходів (відсортованих, без неорганічних домішок, та домішок неприродного походження). Тобто застосовувати можна будь-які місцеві природні ресурси.

Склад газу нестабільний і залежить від багатьох факторів. Склад біогазу: 55-75% метану, 25-45% СО2, незначні домішки водню (Н2) і сірководню (Н2S),азоту, ароматичних вуглеводнів, галогено-ароматичних вуглеводнів. 

Біогаз, який містить метан, виникає в результаті безкисневого (анаеробного) розкладання бактеріями органічних речовин. Цей процес можна представити таким рівнянням:

2С+Н2О→СН4+СО2

Основними складниками середньої якості біогазу зі сміттєзвалищ є метан (60-40%), та двуокись вуглецю (40-60%), а також азот та у невеликих кількостях інші гази.

Окиснення (аеробний процес) спостерігається тільки у верхніх шарах сміттєзвалища. У нижні шари комунальних відходів кисень не потрапляє. Від моменту перекривання доступу кисню, кисневі процеси відбуваються доволі швидко (кілька, або кільканадцять днів). Безкисневі умови досягаються за таких умов:

  •  постійне поповнення відходів;
  •  ущільнювання відходів, і застосуванняя пересипки;
  •  відповідне утрамбовування чаші звалища.

У теоретичних моделях виділяється декілька фаз виробництва біогазу з комунальних відходів та біологічної активності звалища:

  •  киснева
  •  октанова
  •  метанова нестабільна
  •  метанова стабільна — основна фаза утворення метану, яка найбільше цікавить з огляду на придатність біогазу до використання.
  •  метанова сповільнена (завмирання біопроцесу).

Перші три фази тривають від кількох місяців до 500 днів. Тривалість четвертої фази - від 15 до 20 років. За цей час утворюється найбільша кількість біогазу.

Основні компоненти біологічного розкладання (біодеградаційні) на звалищах комунальних відходів:

  1.  Харчові відходи — швидке розкладання (тривалість напівроскладу — 1 рік).
    1.  Рослинні відходи — середнє розкладання (період напввроспаду — 5 років.
    2.  Папір, картон, дерево, тканинні відходи — повільний розклад (період напввроспаду — 15 років).
    3.  Осад з каналізаційних очисних споруд — залежно від процесів на очисних спорудах.

Головним джерелом метану (91%) на звалищах є відходи целюлози, тобто компоненти третьої групи.

Якщо розглядати фізико — хімічні умови розкладання, то теоретично найважніше значення для ферментації на звалищаі мають відповідна температура та вологість (процес ферментації — чинник осушення звалищ). Оптимальна температура має становити 35-38 градусів по Цельсію, для вологості — приблизно 50% (30 — 80%).

Процес утворення біогазу на звалищах залежить від багатьох параметрів, пов’язаною з їх експлуатацією.

Найголовніші з цих параметрів, які ґрунтуються на досліді експлуатаційників і досліджень фірми UTIL:

  1.  Вік звалища, це дуже важливий параметр, оскільки процес метанової ферментації обмежений у часі. Найбільше біогазу утворюється протягом 15-20 років від початку експлуатації звалища. Важливим чинником є також швидкість нагромадження відходів. Чим вона вища, тим більшим є потенціал виробництва метану з органічних відходів.
    1.  Об’єм звалища (кількість відходів). Від цього параметру теоретично залежить кількість біогазу, яку можна отримати на даному звалищі.
    2.  Геометрія. Компактні звалища правильної форми переважно займають невелику поверхню відносно до об’єму. Це обмежує вихід з них газу, міграцію кисню у таке звалище та вплив погодних явищ. З тих же причин сміттезвалища, розташовані нижче рівня землі, є продуктивнішими від розташованих над землею.
    3.  Ізоляція — дуже важливий параметр, завдяки якому обмежується вихід газу зі звалища та доступ туди кисню. Можна влаштувати природну ізоляцію (глина, мул) або штучну (поліетиленова плівка).
    4.  Ущільнення. Дає змогу нагромадити більшу кількість відходів у певному об’ємі звалища і сприяє зменшенню проникнення кисню у відходи, що полегшує ферментацію. крім того, майже повністю запобігає імовірності вибухів газу, обмежує просідання, найкращій метод ущільнення відходів — за допомогою компактора. Щоб зменшити витрати газу з добре ущільнених відходів, слід створити густішу мережу колодязів.
    5.  Шари і пересипка. Бажано складувати відходи ущільненими шарами (переважно висотою 2 м), а ці шари пересипати піском або ґрунтом. Пересипка певною мірою сприяє ущільненню шарів відходів, які знаходяться під нею, що полегшує ферментацію. Крім того, вона утворює певний бар’єр вертикальній міграції біогазу і повітря (кисню).
    6.  Складові відходів. Як правило, сміттєзвалище є більш ефективним для продукування газу, якщо воно містить більше біодеградаційних відходів, а промислова відходи (галька, будівельне сміття, попіл), повинні складуватися селекційно з подальшим використанням для пересипки або будівництва доріг. Часом на звалища потрапляє мул із каналізаційних очисних споруд. Якщо цей мул повністю не піддавався нейтралізації ( наприклад попередній нейтралізації), він може корисно впливати на метанову ферментацію відходів. У протилежному випадку мул нейтральний.
    7.  Використання стоків. Відповідна вологість має значний вплив на продукування біогазу на звалищі. Цей процес можна регулювати, використовуючи стоки. Визначальним параметром тут є рівень дзеркала стоків на звалищі. Надмір вологи сповільнює ферментацію ( виключає з процесу частину відходів залиту рідиною). Занадто низька вологість також сповільнює процес, бо ферментація відбувається при наявності води.
    8.  Інші. На активність утворення і кількість виходу біогазу впливають і інші фактори, як-от: атмосферні опади, пора року ( температура), атмосферний тиск. Їх позитивний, або негативний вплив може бути різним, залежно від решти характеристик звалища.

  1.  ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ БІОГАЗУ. ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

У процесах анаеробного бродіння велика увага приділяється її інтенсифікації. Завдяки цьому зменшується експозиція бродіння та, відповідно, зменшується об’єм реакторів, що дає змогу зменшити експлуатаційні і капітальні витрати.

У проточній частині біомасу завантажують у реактор через короткі проміжки часу (в даному випадку — щогодини), виводячи з нього відповідний об’єм забродженої біомаси.

Постійний об’єм біомаси в реакторі обчислюється відповідно до заданого гідравлічними розрахунками часу перебування біомаси в реакторі. Сталі умови виробництва, а саме: додавання в реактор біомаси, концентрація сухої речовини та завантаження робочого простору; концентрація здатна до бродіння органічної речовини в біомасі, що завантажується; оптимальна температура бродіння; рівномірне перемішування біомаси уможливлюють максимальний вихід біогазу при безупинному процесі газоутворення.

Процес бродіння можна ускорити, забезпечивши:

--Двостадійний процес бродіння із механічною і біохімічною підготовкою вхідної біомаси — подрібнюючи та утримуючи її в аеробних умовах;

--Інтенсивне газоутворення вакуумним методом, а також, за допомогою зворотньо поступового перемішування; узгодивши об’єм завантаження та газоутворення.

В основу технології покладений принцип двостдійного бродіння. У перщій стадії об’єднано два етапи перетворення органічних речовин — гідроліз та утворення кислот.

Вхідна біомаса, пройшовши через подрібнювач, подається в мікробіологічний реактор першої стадії, де відбувається перша стадія — гідроліз високо молекулярних сполук, та утворення кислоти, в якій накопичується низькомолекулярні речовини, які придатні для утилізації метаногенами.

Підготовлена таким чином біомаса з реактора першої стадії подається в реактор другої стадії (третій етап процесу), де в результаті анаеробної ферментації відбувається виділення біогазу. Процес здійснюється цілеспрямовано — допоки органічна речовина не розкладеться до 25-35%.

Перероблена біомаса є багатим живильними речовинами органічним добривом, яке можна вносити в ґрунт.

1) Характеристики вихідного гною:

  •  вологість — 95-98%;
  •  рН — 7,2 — 8,0;
  •  щільність, кг/м3 — 1000-1100;
  •  вміст органічних речовин в абсолютно сухій речовині — 60 — 80%;
  •  кількість насіннь бур’янів, шт/1л — 825;
  •  проростання насіння бур’янів — 6,6%
    1.  Характеристики гною після першої стадії бродіння:
  •  вологість — 95-98%;
  •  рН — 7,2 — 8,2;

3) характеристики гною після другої стадії бродіння:

  •  вологість — 96-99%;
  •  рН — 7,2 — 8,0;
  •  вміст органічних речовин в абсолютно сухій речовині — 58%;
  •  проростання бур’янів — 0%;

4) Енергетичні показники біоенергетичної установки (кВт/год на добу):

  •  споживана енергія при виробництві біогазу — 2364, у тому числі:
  •  електрична — 378;
  •  теплова 4108 (генерується — 1988, рекуперується — 2122);
  •  енергія яка генерується при використанні біогазу — 3576, у тому числі:
  •  електрична — 1234;
  •  теплова — 2342;
  •  товарна енергія — 1212, у тому числі:
  •  електрична — 856;
  •  теплова — 356.

  1.  
    КОНСТРУКЦІЯ БІОЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ

Значний прогрес в досягненні закономірностей анаеробного бродіння, а також біохімії та мікробіології метаногенезу став чинником створення високоефективних конструкцій анаеробних реакторів (метантанків) і удосконалення конструкцій.

Згідно з особливостями процесу бродіння, реактори мають відповідати таким вимогам:

  •  абсолютна герметичність;
  •  статична міцність під власною масою та масою біомаси;
  •  якісна теплоізоляція;
  •  корозієстійкість;
  •  надійність процесів завантаження і розвантаження;
  •  доступність внутрішнього простору для обслуговування.

При виборі форми, розмірів та конструкції реактора вирішальну роль відіграють такі чинники:

  •  масова витрата біомаси при заповнені;

- заданий вихід біогазу або ступінь бродіння біомаси як функція від концентрації сухих речовин, об’єму робочого простору, часу циклу бродіння й інтенсивності перемішування;

- система виробництва;

- рівень механізації і автоматизації процесів.

Найефективнішим є двостадійний реактор. В ньому на перщій стадії процесу накопичуються легкі жирні кислоти, а на другій відбувається власне метаногенез. Процес бродіння в поточному реакторі при високій швидкості протікатиме ясно, якщо буде забезпечений час перебування в ньому біомаси, достатній для задонного ступеня розкладання органічної речовини та рівня знезаражування.

Нині застосовуються горизонтальні реактори з металу або склопластику. В них біомаса переміщується в повздовженому напрямку. Недолік горизонтальних реакторів — обмеженість розмірів за діаметром і довжиною.

Реактор складається з таких основних частин і вузлів:

                                  Реактор у перерізі.

-- циліндр реактора, розділений у газовій порожнині верхніми перегородками (1) на герметичні камери — центральну та бокову. Дві секції бокової камери поєднуються газопроводом (2);

– біомаса в реакторі розділяється нижніми перегородками (3), на які встановлюється теплообмінник (4);

– у верхній частині реактора є газовий ковпак (5) для первинного очищення біогазу від пилу. Із ковпака біогаз поступає через газовідвідний патрубок (6);

-- дві камери в газовій порожнині з’єднуються клапаном-замком для перемішування біомаси в реакторі.

Якщо потрібно переробляти значний обсяг біомаси ( понад 200 м3 за добу), доцільно засовувати вертикальні циліндричні реактори з верхньою та нижньою конусними частинами. Їх перевага — невеликий простір для накопичення біогазу, концентрування плаваючої сірки в обмеженому об’ємі та якісне видведення забродженої біомаси.

Концентрація активної біомаси в реакторі є найважливішим параметром, від якого залежать швидкість та ефективність процесу біоконверсії. Чим більша концентрація біомаси, тим швидше протікає процес і більша ступінь конверсії біомаси. Добрі результати були отримані ([22] стор.30) при переробці стічних вод у реакторі з фіксованою біомасою, де її розчинним носієм були кукурудзяні качани. В процесі бродіння в режимі анаеробного очищення глибина розкидання розчинної органіки сягала 85-90% при технологічній витримці до 3 діб.

Перспективним напрямком утилізації біогазу, крім виробництва енергії, є отримання білково — вітамінних кормів шляхом аеробної ферментації. Для виробництва білку розроблено технологічні режими вирощування змішаних культур мікроорганізмів на метані у мікробіологічних реакторах.

В. І. Бородін розробив оригінальну установку зі струминним диспергуванням для безупинного одержання з біогазу мікробної біомаси з вихідною густиною 20 г/л та вмістом білка до 75%. Процес відбувався при +40 °С та рН 5,8 — 6,8. При цьому з одного кубометру біогазу одержували до 700гр. біомаси.

Щоб підтримувати необхідну для бродіння температуру, слід постійно підводити до біомаси тепло. Потреба в ній складається з кількості тепла, необхідного для підігріву біомаси, що подається в реактор, до температури її бродіння, та тепла, що йде на компенсацію тепловтрат. Тепло можна підводити до біомаси в робочому просторі реакторів або в пристроях, які готують біомасу. Оскільки перепади температури негативно впливають на біологічний процес, необхідно об’єднати підведення тепла з інтенсивним перемішуванням. Крім того, у системі підведення тепла слід передбачити, щоб на поверхнях теплопередачі не могли відкладатися тверді частинки біомаси. На роботу теплообмінника не повинні впливати наявні у біомасі тверді матеріали.

Для невеликих реакторів з пристроями, що перемішують біомасу, застосовують трубчасті, цилиндричні або плоскі теплообмінники (температура води +60 °С ). У мікробіологічному реакторі (метаногенна фаза бродіння) застосовані нагрівачі, вбудовані в перегородки, які розділяють порожнину реактора на дві камери.

Прискорена та рівномірна передача тепла при нагріванні біомаси забезпечується за допомогою теплообмінників «труба в трубі», розташованих у середині витримувача (кислотна фаза бродіння). Теплоносій прокачується в зовнішній трубі, забезпечуючи через зовнішню стінку передачу тепла біомасі, яка знаходиться у витримувачі, а також біомаси,яка протікає у внутрішній трубі. Потоки біомаси у внутрішній трубі та теплоносія у зовнішній трубі рухаються назустріч один одному. Перевага цієї системи нагрівання в тому, що нагрів та перемішування біомаси відбувається одночасно. Крім того, надійно підтримується необхідна швидкість переміщення біомаси, що запобігає відкладенням твердого осаду, на поверхнях теплообмінника.

Біомаса у витримувачі перемішується гідравлічним способом, тобто струмінь біомаси, спрямований дотично до її поверхні, вбезпечує розмивання кірки. Щоб біомаса добре перемішалася в усіх зонах витримувача, додатково зостасовуються заглиблені мішалки.

У мікробіологічному реакторі під час відбору біогазу відбувається гідрогазове (пульсуюче) перемішування— за рахунок різниці тисків у камерах газової порожнини реактора.

            Система відбору біогазу та перемішування біомаси.


Коли тиск біогазу в реакторі перебуває в заданих межах (50 — 100кПа), рівень біомаси досягає верхніх країв нижніх перегородок рис а. При відборі біогазу з центральної камери, виникає різниця тиску в камерах, рівень біомаси в центральній камері піднімається, а в боковій опускається. Клапан--замок закритий рис.б.

Коли досягнуто заданої різниці рівнів біомаси ( у боковій камері — на рівні нижніх країв верхніх перегородок), камери в газових порожнинах сполучаються через клапан — замок рис. в.

Тиск в камерах швидко вирівнюється та, відповідно, в центральній камері під власною масою скидається стовп біомаси рис.г

Такий спосіб - за рахунок багаторівневого поршневого перемішування,- виключає не тільки утворення застійних зон у всьому об’ємі реактора, але й кірок на верхній межі поділу середовищ «газ — біомаса» та дає знизити витрату енергії на перемішування в 4 рази порівняно з традиційними способами.

Найважливішими факторами, що визначають потребу енергії для приводу помп є:

--- в’язкість біомаси;

--- об’ємна подача для кожного окремого випадку;

--- конструкція помпи;

--- переріз, кривизна і кількість помп у трубопроводі.

Найбільше цим вимогам відповідають гвинтові помпи. Це стосується і помп, оснащених пристроєм для подрібнювання волокнистих і солом’яних частинок.

Тепло збродженної біомаси, яка зливається з реактора, є резервом енергії для підігріву біомаси, що завантажується. Найпростіше утилізувати цю енергію — перенести тепло від забродженої біомаси безпосередньо до біомаси, що надходить у витримувач в теплообміннику. При використанні пластинчастого теплообмінника було отримано досить високий коефіціент теплообміну 575Вт/м2

Щоб раціонально використати біогаз, бажано акумулювати його в певному об’ємі, оскільки виробництво та споживання біогазу не є однаковим. Акумулювати біогаз потрібно, щоб вирівнювати коливання, особливо в разі відхилення від розрахованої продуктивності біоєненгетичної установки (тимчасові порушення, аварії, тощо) його споживання.

Піки споживання газу можуть виникати:

--- протягом доби (наприклад у домашньому господарстві опівдні та в вечері (обід і вечеря), у сільському виробництві (годівля та доїння худоби);

--- протягом тижня ( наприклад у дні з підвишшеною потребою у воді для прання і купання);

--- у різні пори року (наприклад під час консервування городини,збирання врожаю,сушіння сільськогосподарських продуктів, опалювальний сезон)

Для газгольдерів високого тиску використовують сферичні або циліндричні резервуари. Вони працюють звичай при робочому тиску 0,8 — 1,8 мПа, мають місткість 10-100000м3. Їх переваги: порівняно невеликі габарити та

відсутність рухомих частинок. Недолік:потреба у компресорній установці. Але якщо у реакторі біомаса перемішується за допомогою гідро газової системи, компресор непотрібен. Щоб використовувати біогаз як паливо, необхідне додаткове устаткування — для зниження тиску до 1-5кПа.

Між реактором, газгольдером та споживачами біогазу потрібно встановити додаткову апаратуру:

--- пристрій для захисту від зворотного удару полум’я;

--- газоочищення та газосущіння;

--- редукційний клапан.

Газові двигуни внутрішнього згоряння, які працюють на біогазі, призначені для приводу генераторів.

Октанове число біогазу становить 100 — 110, тобто він добре підходить для двигунів із високим ступенем стискування, але має дуже низьку здатність до самозагоряння. Звичайний ступінь стискування 8-11. Внаслідок переведення двигуна на біогаз потужність зменшується на 30%. Мінімально припустимий тиск біогазу, що надходить у двигун, повинен бути не меншим за 0,4 кПа. Питома витрата біогазу (62%СНи) при повному завантажені двигуна складає близько 0,59 м3/кВт.год. Двигун, що працює на біогазі зношується набагато менше, ніж на дизельний.

Застосування агрегатів для виробництва електроенергії і тепла дає змогу раціоналізувати співвідношення споживання та виробництва біогазу та зменшити витрати на його акумулювання за рахунок віддачі надлишків енергії в електромережу.

варіанти використання електроенергії:

--- повна передача її електропостачальній організації, яка забезпечує потреби господарства;

--- виробництво електроенергії для власного господарства;

--- повне забезпечення власною електроенергією з можливістю її аварійного резервування.

На сучасних станціях очищення стічних вод широко застосовується метод безкисневого розкладання органічних речовин, що містяться в осадах. Ці процеси відбуваються в спеціальних закритих ферментаційних камерах. Розріджують кислу та лужну (метанову) ферментацію. Кінцевими продуктами кислотної ферментації є двоокис вуглецю,метан і сірководень. Цей процес, не дає бажаного результату — об’єм осаду майже не змінюється і погано висушується, є пустим, і має неприємний запах, утворюється незначна кількість метану.

Лужна ферментація розкладає органічні речовини із стічних вод на двоокис вуглецю та метан. Осад після ферментації - рідкий, і його можна легко перепомповувати, після зневоднення піддається складуванню, не має неприємного запаху. Подальша його стабілізація відбувається під впливом аеробних бактерій, які переробляють його на високоякісний перегній.

При переробці осадів спочатку відбувається кисла ферментація, а після неї лужна. Процес кислої ферментації може тривати декілька місяців. Його можна значно скоротити, якщо до камери додавати невелику кількість свіжого осаду, підтримувати температуру 33-37°С та певне значення рН (лужне). Але бажаною є лужна ферментація.

Метою цього процесу є зменшення вмісту органічних речовин в осаді та отримання метану. При цьому спостерігається значне зневоднення осаду порівняно зі свіжим. Маса сухого залишку зменшується на 1/3, об’єм осаду на 70%. Одночасно отриманий у ферментаційній камери біогаз є цінну енергетичною сировиною. Він містить метан в межах 42-85%.

Нині технологію метанової ферментації доцільно застосовувати на великих і середніх станціях очищення стічних вод. Біогаз є енергетично ефективним та екологічно безпечним. Його використовують, крім підігрівання свіжого осаду, також на опалювальні потреби очисної станції. Значна кількість біогазу може бути використана як паливо для виробництва еклектичної енергії для потреб станції. Великі станції очищення стічних вод ( продуктивністю близько 20000 м3/добу), використовуючи біогаз, можуть повністю забезпечити себе електричною енергією .

При виробництві біогазу суттєвою є потреба забезпечення ефективного перемішування осаду. Найощадніший спосіб перемішування — тихохідними пропелерами — осад перемішується двома вертикально розташованими пропелерами. Пропелери діаметром декілька метрів розміщені на одному валі й тому мають однакову частоту обертання — до кількох сотень обертів за хвилину. Необхідна потужність — 1-1.5Вт/м3 об’єму камери.

Ферментаційні камери — це ємкості об’ємом десятків і навіть сотень тисяч кубічних метрів (наприклад діаметром і висотою понад 15-20 метрів). Осад у камері повинен перемішуватися декілька разів на добу. Слід уникати застою в придонній частині камери та утворення плівки на поверхні осаду. Для виконання цих умов встановлюють два пропелери : малий біля поверхні осаду (щоб не утворювалася плівка), великий на глибині (для перемішування осаду в центральній і придонній частині камери). Пропелери забезпечують рух осаду зверху вниз. За пропелером він рухається до дна, потім у пристінну частину камери, чим забезпечується ефективна дегазація. Діаметр пропелерів становить декілька метрів. Відомо, що потужність пропелерів залежить від їх гідравлічної характеристики, розмірів і частоти обертання. Два останні параметри слід підбирати так, щоб перемішування було найефективнішим, а потужність найменшою. Конструкція камери має забезпечувати можливість сервісного обслуговування без її повного спорожнення.

Тихохідні пропелери вже встановлено у ферментаторах на очисних станціях м.Ченстохова (Польша).

Біохімічні процеси, що відбуваються в ферментаційних камерах, на станціях очищення стічних вод, є корисними не тільки для довкілля. Застосування таких камер сприяє значній економії енергії.

Рішення комплексного використання міських відходів показано на мал.

Варіант рішення використання міських відходів
У світовій практиці існує три способи утилізації твердих побутових відходів:

1.пряме спалювання на сміттєспалювальних заводах;

2.компостування;

3.захороненя на звалищах та полігонах твердих відходів

У деяких розвинутих країнах, особливо в тих, що мають, високу щільність населення (Швеція, Японія, Бельгія та ін.), тверді побутові відходи і навіть осади стічних вод переважно спалюють. Спалювання твердих побутових відходів потребує використання складних та дорогих технологій очищення продуктів згоряння від важких металів, шкідливих газів (SO2, Co, HCl, Hf, NOx) та інших домішок. Проблема очищення димових газів від діоксинів нині нерозв’язана в жодній країні.

Ймовірно, компостування ще тривалий час не буде широко застосовуватися,до вирішення проблеми отримання компосту, вільного від солей важких металів, міграція яких у родючий шар ґрунту неприпустима.

Нині у багатьох країнах світу захоронення твердих побутових відходів на спеціальних полігонах вважається найлогічнішим способом їх знешкодження і вони переважно вивозяться на звалища або полігони. Кількість твердих побутових відходів, які вивозяться на звалища або полигоні становить у Нідерландах 45-55%, в США — 62-85%, в Канаді — 93-96%, а Росії 97%.

У товщі твердих побутових відходів при анаеробних умовах (без доступу кисню) утворюється біогаз(звалищний газ). Під дією бактерій частина органічних речовин розкладається з утворенням метану і вуглекислого газу, суміш яких і утворює біогаз. Цей газ є горючим, має велику теплотворну здатність — понад 18 Мдж на м3. До його складу входять метан( СН4), вуглекислий газ(СО2), а також у незначних кількостях азот(Н2), кисень(О2), водень(Н2).

Найбільш екологічно виправданими є збирання та утилізація звалищного газу на великих полігонах твердих побутових відходах та звалищах, де міститься понад 1 млн т. відходів , шар яких перевищує 10м. Бажано ,щоб значна частина відходив, заборонених на полігоні , були не «старшими» 10 років. Територія полігону має бути рекультивована , тобто перекрита шаром ґрунту товщиною не менше ніж 30-40 см Щільність відходів має становити в середньому 800 кг/ м3. Середній вихід біогазу з такого полігону становитиме 5м3 на 1т. твердих побутових відходів протягом 20 років. Дуже велике значення має частина органічних відходів у твердих побутових відходах ( будівельне сміття не генерує біогазу). На економічні показники проекту суттєво впливає і наявність споживачів газу, теплоти та електроенергії поблизу полігону.

На полігонах твердих побутових відходах у країнах ,що розвиваються , газ генерується швидко ( вихід метану впродовж 10-15 років) , оскільки відходи містять велику частину органічних речовин , що легко розкладаються.

Найпоширеніша система збирання біогазу, на полігонах твердих побутових відходив, складається з мережі вертикальних свердловин , з’єднаних між собою горизонтальними трубами. Всередині вертикальній свердловини діаметром 0,6-1,2 м. Розміщено пластикову трубу діаметром 12-25 см, перфоровану отворами діаметром 3-6 мм. Глибина свердловини становить щонайменше 7 м. і відповідає 50-90% товщини шару твердих побутових відходів. Об’єм свердловини навколо перфорованої пластикової труби заповнено гравієм або галькою. Верхня частина свердловини ( приблизно 0,5 м. від верхнього краю) ущільнюється бетоном або глиною з метою запобігання притоку атмосферного повітря до свердловини та витоку біогазу в атмосферу.

Радіус дії свердловини для збирання біогазу становить в середньому 30-35 м.

Середня кількість свердловин - 2,5 свердловини на 1 гектар полігону твердих побутових відходів. Залежно від місцевих умов вихід звалищного газу становить від 5-50 м3/год до 250 м3/ год на одну свердловину. Спорудження газодренажної системи може здійснюватись як на всій території полігону після закінчення його експлуатації , так і на окремих його ділянках в міру заповнення.

Полігон просідає на 5-20% або навіть на 30-35% його глибини, тому свердловини з’єднують з колектором за допомогою гнучкого з’єднання. Найбільш широко для збирання газу на полігонах твердих побутових відходів використовують поліетилен низького тиску (для наземного та підземного використання) та полівінілхлорид ( для підземного використання).

Принципова схема видобування збирання та утилізації звалишного газу

На відміну від звалищ, полігони твердих побутових відходів обладнані системами ізоляції ґрунту від відходів та системами відводу фільтратів.

Існує декілька основних способів утилізації газу з енергетичною метою. Найбільш розповсюджений полягає у використанні біогазу як палива в газових двигунах, сполучених з генераторами для виробництва електроенергії. У більшості випадків отримана енергія продається в мережу. Наприклад у США ця можливість реалізується на 255 установках з існуючих 354. в інших випадках особливо часто в країнах європейського союзу, використовується комбінована схема виробництва тепла і електроенергії  (міні - ТЕЦ). При цьому тепло, що знімається в системі охолодження двигуна, зазвичай використовується в системах теплопостачання. Ще одним поширеним методом використання газу є його спалення в газових котлах для отримання гарячої води або пари, яка застосовується в промислових процесах.

Безпосереднє використання газу в радіусі 3км від полігону, як правило є найбільш рентабельним способом його використання. Газ можна використати як паливо для котлів мережі централізованого теплопостачання, різноманітних промислових споживачів, що потребують технологічної теплоти та пари (виробництво цементу, скла, сушіння цегли). Якщо споживачі знаходяться на відстані понад 3 км, рентабельність проекту забезпечити важко.

Інші можливості використання біогазу полягають у його збагачені, коли він набуває властивостей, відповідних природного газу. Використання газу як пального для транспортних засобів, або паливних елементів, випаровуванні фільтрату.

4. ЕНЕРГЕТИЧНИЙ, ЕКОНОМІЧНИЙ, ЕКОЛОГІЧНИЙ, СОЦІАЛЬНИЙ ЕФЕКТИ ПРИ ПЕРЕРОБЦІ БІОВІДХОДІВ І СМІТТЯ.

В Україні є великий потенціал великих відновлювальних енергоносіїв. Насамперед це стосується біомаси — біогаз від утилізації місцевих і сільських відходів. Біогаз на станціях очищення стічних вод, біогаз з полігонів твердих побутових відходів.

Сільським населенням України на побутові потреби споживалося газу в грудні 1997р із більше 6млрд.м3 на рік. Таку кількість може забезпечити анаеробна переробка лише відходів тваринництва. Забезпечення побутових потреб сільського населення газом власного виробництва - це найбільш реальий спосіб використання біогазу. В містах біогаз можна отримати переробляючи органічні відходи підприємств харчової промисловості,відході каналізаційних мереж, сміттєсховищ.

Використання органічних відходів є високоефективним альтернативним джерелом енергії.

Агрономічний ефект, отримання екологічних більш чистих органічних добрив, які здатні підвищити врожайність та сприяти вирощуванню екологічно чистих продуктів. Біошлам — високоякісне добриво, сировина для виробництва біогумусу, субстрату для вирощування грибів. А при відповідних параметрах установки, і контролю над дотримуванням температурного режиму роботи установки - кормові добавки тваринам, які необхідні для нормального розвитку тваринний білок( свіні, кури) і прикорм для риби в рибних господарств. Метаногенерація органічних відходів веде до повної мінералізації азоту, фосфору, калію, та інших микроелементів , роблячи їх більш доступними для засвоєння рослинами і таким чином дозволяє отримувати з органічних відходів високоефективні ,екологічно чисті добрива, позбавлені патогенної мікрофлори , яєць гельмінтів,нітратів та нітритів з приглушеною здатністю насіння бур’янів до проростання. , На 1 га поля таких добрив вносять 1-5т замість 60-80т свіжого гною. що дає можливість удобрити більшу площу, приводить до зменшення затрат на внесення їх в ґрунт , підвищує його родючість і дозволяє отримувати екологічно чисті продукти харчування.

При анаеробній переробці відходів фосфор і калій практично повністю зберігаються в отриманій масі. Витрати азоту, які при інших методах складають до 30% не перевищують 5%.

Такий спосіб переробки значно скорочує термін приготування органічних відходів до внесення їх в ґрунт. Якщо в ями перед внесенням в ґрунт вони відстоюються 0,5- 1,0 рік,то після анаеробної переробки їх можна вносити в ґрунт зразу ж , і вони дадуть позитивний ефект вже на першому році. Без використання міндобрив вони підвищують врожайність на 20-70%. Є ще напрямок використання біогазу — утилізація вуглекислого газу, що міститься в ньому в кількості приблизно 34%. Видобування вуглекислого газу шляхом обмивки (на відмінки від метану , вуглекислий газ розчиняється в воді), можна подавати його в теплиці,де він служить « повітряним добривом», збільшуючи продуктивність рослин.

Енергетичний ефект. Отримання екологічно чистого високоякісного палива — біогазу. Використовується для виробництва теплової та електричної енергії.

Економічний ефект. Складається з ефектів :від виробництва добрив Е1, від економії палива за рахунок вироблення біогазу Е2, від попередження забруднення біосфері Е3; від економії води за рахунок повторного її використання на технологічні потреби Е4; від інших ефектів Е5 виробництво вітаміну В12, покращення культури виробництва тощо. Дуже складно визначити всі складові ефекти, але визначити одну складову Еі наприклад від економії палива за рахунок і використавши результати експертних оцінок співвідношень Еі, тобто

Е1:Е2:Е3:Е4:Е5=a:b:c:d:e,

можна отримати величину еЕ.

Екологічний ефект. Знешкодження негативного впливу на оточуюче середовище органічних відходів при їх розкладенні під час зберігання та використання. А також:

  •  зменшення викидів в атмосферу метану;
  •  зменшення кількості спалюємого вугілля, дров чи палива для виробітки електроенергії, і як внаслідок зменшення парникового газу і шкідливих продуктів горіння;
  •  зменшення викидів в навколишнє середовище забруднених вод ;
  •  очищення стічних вод від органічних речовин і мікроорганізмів;
  •  зменшення необхідності в хімічних добривах;
  •  на огороді на полі стає менше бур’янів;
  •  поліпшується епідеміологічна обстановка із-за загибелі мікроорганізмів і зменшення місць розмноження комах.

ВИСНОВКИ

Вільне поширення звалищного газу в довкіллі викликає низку негативних явищ як локально, так і глобального масштабів. Накопичення цього газу може створювати вибух та пожежонебезпечні умови у будівлях і спорудах, що містяться поблизу зони захоронення твердих побутових відходів. Накопичення звалищного газу в замкненому просторі небезпечне й з токсилогічної точки зору. Зареєстровано досить багато випадків отруєння при технічному обслуговуванні заглиблених інженерних комунікацій. Звалищний газ також згубно впливає на рослинний шар. Причиною припинення рослинного покрову, що регулярно спостерігається навколо звалищ, є накопичення біогазу в пористому шарі ґрунту. Саме це й викликає асфіксію (задихання) кореневої системи. Вільне поширення звалищного газу приводить також до забруднення атмосфери прилеглих територій токсичними та неприємними на запах сполуками.

Перелік негативних явищ, спричинених звалишним газом , свідчить про необхідність боротьби з його емісією в атмосферу. У більшості розвинутих країн діють спеціальні закони, які зобов’язують власників полігонів запобігати стихійному поширенню звалищного газу. Основний метод, яким можна це здійснити — збирання та утилізація звалищного газу.

Найперспективнішими для використання в Україні у найближчому майбутньому вважають такі технології:

  •  біогазові установки для ферм великої рогатої худоби, свиноферм, птахофабрик і підприємств харчової промисловості;
  •  установки для видобутку і використання біогазу з великих полігонів твердих побутових відходів і станцій очищення комунальних стоків(мини електростанції потужністю 0,5-5Мвт) ;

Для прискорення розвитку і використання технологій отримання енергії з біомаси в Україні потрібно:

  1.  Вважати, що біоенергетика є одним із найбільш пріоритетних для України напрямків розвитку відновлюваних джерел енергії.
    1.  Створити в найближчий час в Україні механізм, що дозволяв би брати участь українським організаціям в проектах спільного здійснення в відповідності з кіотським протоколом з метою залучення за рахунок цього додаткового фінансування закордонних джерел для впроваджування проектів енергетичного використання біомаси.
    2.  Реалізацію біоенергетичних проектів різними способами, наприклад,через технологічний парк, Інститут технічної теплофізики , як одну із форм стимулювати розвитку цієї галузі, а також через інші установи і організації, в тому числі органи місцевій і регіональної влади, які будуть активно працювати над реалізацією поставлених цілей по біоенергетиці.
    3.  Розробити й прийняти в Україні пакет законів і підзаконних актів по біоенергетиці з метою стимулювання підтримки й розвитку біоенергетичних технологій.
    4.  Розширити фінансування науково-дослідних демонстраційних проектів в галузі біоенергетики по Міністерства освіти і науки. Призидіума НАН України; Дерискомітета по енергозбереженню, Міністерства палива і енергетики, Міністерства аграрної політики,забезпечити пріоритети фінансування розробки головних демонстраційних образів біоенергетичного обладнання
    5.  Підвищення свідомості та по інформованості громадськості й політичних діячів щодо можливостей відновлюваної енергетики .

Розвиток біоенергетичних технологій зменшить залежність України від імпортованих енергоносіїв, підвищить її енергетичну безпеку за рахунок організації енергопостачання на базі місцевих відновлюваних ресурсів, створить значну кількість робочих місць, стане значним внеском у поліпшення екологічної ситуації, дасть імпульс розвитку машинобудуванню.


ЛІТЕРАТУРА

1.Кальмикова Ю., Герман А. Жирков В. Біогаз. www.ekomuzeum/

2.Єнергосбережение, учебное пособие часть 4 єнергетические источники. Rus 3.Биоенергия. Spare.net.ru/

4.Биоэнергетика. Форум компании «Энеско».info@enesco.ru

5.Гелетуха Г. Копейкін К. Біогаз зі звалища перспективи використання в Україні. // Зелена енергетика. 2002р. №5 с.13-16.

6.Шурчков А.В. Забарний Г.М. Маслюкова З.В. Щербина О.М. Енергетичний потенціал біомаси в Україні. // Ринок інсталяцій. 2001р. №10 с.28-29.

7.Шурчков А.В. Забарний Г.М. Маслюкова З.В. Щербина О.М. Енергетичний потенціал біомаси в Україні. // Ринок інсталяцій. 2001р. №11 с.32-33.

8.Маслич Б.В. Маслич В.К. Біогаз. Енергія майбутнього. Сучасний стан досліджень. //Ринок інсталяцій. 2001р. №2 с.34.

9.Ксьонжек А. Мозовецькі Г. Утворення біогазу на сміттезвалищах.//Ринок інсталяцій. 2001р. №7 с.32-33.

10.Маслич Б.В. Маслич В.К. Біогаз. Енергія майбутнього. Сучасний стан досліджень. //Ринок інсталяцій. 2000р. №6 с.21.

11.Форум компании «Энеско».info@enesco.ru

28


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48134. ОСНОВЫ ПРАВА 2.29 MB
  Это провозглашено в качестве важнейшей основы конституционного строя Республики Беларусь и должно найти отражение при изучении основ права. В отличие от других социальных идей и политических ориентаций демократическое правовое государство при верховенстве правового закона и приоритете прав человека и гражданина практически воспринято обществом как будущее конституционного строя Республики Беларусь. Целью преподавания дисциплины Основы права является изучение системы законодательства Республики Беларусь ознакомление с важнейшими...
48135. Основные виды гражданско-правовых договоров 209.5 KB
  С другой стороны договор розничной куплипродажи наиболее распространенный вид договора куплипродажи. 396 ГК а также часто может позиционироваться в качестве договора присоединения ст. Элементы договора розничной куплипродажи. Необходимость приобретения товаров предназначенных для использования в предпринимательской деятельности может быть обеспечена посредством заключения договора поставки где покупателем является лишь субъект предпринимательства.
48136. Основы семиотики и семантики 628.5 KB
  Основанный на неизобразительной символике орнамент был почти исключительно геометрическим состоящим из строгих форм круга полукруга овала спирали квадрата ромба треугольника креста и их различных комбинаций. французский ученый Эжен Бурнуф впервые дал четырехконечному кресту с загнутыми концами санскритское название свастика что примерно означает несущая добро. Например: египетский крест анх прочитывался жизнь изображение коленопреклоненной фигурки хех вечность и др. Появляются в декоре Византии эмблемы и символы новой...
48137. Особливості побудови оздоровчих програм 215.5 KB
  Загальнодидактичні українські програми: Базова програма розвитку дитини дошкільного віку Я у Світі; Програма виховання дітей дошкільного віку Малятко; Програма виховання і навчання дітей від 3 до 7 років Дитина; Регіональна програма розвитку навчання та виховання Дитина в дошкільні роки; Регіональна програма виховання дітей у дитячому садку Українське дошкілля; Авторська програма М. Спеціальні програми розробляються для дошкільних навчальних закладів груп компенсуючого типу з урахуванням специфіки організації в них...
48138. Политика стимулирования привлечения иностранных инвестиций 89.5 KB
  В развивающихся странах чаще применяется практика снижения налоговых ставок возврата налогов предоставления налоговых каникул. Таким образом в практике стимулирования зарубежных инвестиций промышленно развитых стран преобладают финансовые средства а в практике развивающихся государств и стран с переходной экономикой фискальные или налоговые средства стимулирования; чаще используются льготные таможенные пошлины на импортируемое производственное оборудование что в промышленно развитых странах является малоэффективной мерой в силу...
48139. Понятие ППП (Пакета прикладных программ) 181 KB
  Примерами входных языков ППП являются VB в пакете MS Office utoLISP VisulLISP в utodesk utoCD StrBsic в OpenOffice. Так например в пакете OpenOffice. На Jv через SDK и функции PI OpenOffice можно создавать модули расширения и полнофункциональные приложениякомпоненты.1 Структура и состав MS Office.
48140. Числове програмне управління і класифікація верстатів з ЧПУ 16.41 MB
  Етапи підготовки процесу обробки деталі на верстаті з ЧПУ: І бюро програмного управління ІІ цех; а збирання вихідної інформації креслення деталі дані про інструмент технологічні дані по режимах обробки б розрахунок програми в табличний запис програми г перфорація програми на перфораторі д перфострічка е ПЧПУ верстатом ж шафа електроавтоматики з верстат и заготовка к оброблена деталь. На підставі...
48141. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ 506 KB
  Для каждой болезни характерны определенное типичное для нее течение во времени определенные изменения дыхания кро вообращения температуры тела изменения периферической крови и т. недостаточное насыщение крови кислородом. без пульса состояние гипоксии сочетающееся с повышением напряжения углекислоты в крови и тканях. Гипоксия при патологических процессах нарушающих снабжение тканей кислородом при нормальном содержании его в окружающей среде или утилизации кислорода...
48142. Політична економія. Тексти лекцій 746.5 KB
  Товарна форма організації суспільного виробництва. Капітал: процес виробництва і нагромадження. Витрати виробництва і прибуток. Галузеві особливості виробництва і функціонування капіталу.