Утилизация органических отходов в биогазовых установках полностью соответствует экономике замкнутого цикла. Она обеспечивает экологически безопасную и безотходную переработку, а также сокращение выбросов парниковых газов. Это достигается за счет следующих преимуществ этой технологии:
- экологическая безопасность (отсутствуют выбросы и стоки, нет неприятных запахов и негативных воздействий на окружающую среду);
- безотходность (образующийся остаток переработки являются отличным органическим удобрением);
- сокращение выбросов парниковых газов;
- одновременное получение возобновляемой «зеленой» энергии (электроэнергия и тепло) и продукции (органические удобрения);
- внесение получаемых органических удобрений на поля повышает урожай на 30-50% и позволяет завершить круговорот органики в природе, требуемый экономикой замкнутого цикла.
В настоящей статье рассмотрим какие отходы можно утилизировать по биогазовой технологии.
Содержание
Виды органических отходов, которые перерабатываются в биогазовых установках
В биогазовых установках могут перерабатываться практически любые виды органических отходов, за исключением древесных, содержащих высокую долю целлюлозы и лигнина. Успешно перерабатываются следующие отходы:
- навоз и помет;
- городские сточные воды и осадки их биологической очистки, стоки предприятий пищевой промышленности;
- трава, водоросли, сорняки, включая борщевик и другие ядовитые растения;
- отходы пищевой промышленности (свекольный жом, спиртовая барда, пивная дробина, фруктовый жом, овощные выжимки, картофельные очистки и гнилые клубни и др.);
- отходы бойни и рыбоперерабатывающих цехов;
- все виды отходов молокозаводов;
- специально выращиваемые культуры (силосная кукуруза, водоросли и др.);
- остатки производства биодизеля (технический глицерин), отходы очистки жироотделителей;
- органическая фракция от сортировки ТКО.
Рассмотрим подробнее некоторые из перечисленных отходов.
Навоз и помет
Эти отходы чаще всего утилизируют в биогазовых установках. Навоз жвачных животных содержит весь комплекс необходимых микроорганизмов для анаэробного сбраживания. Эти колонии метанообразующих бактерий обитают в желудках жвачных животных. Они нужны для превращения органических соединений травы в форму, пригодную для усвоения животными.
Остаток, образующийся после анаэробного сбраживания в биогазовой установке (эффлюент) обогащен метанообразующими бактериями. Он является не только эффективным удобрением, но и ценной кормовой добавкой для сельскохозяйственных животных. Она позволяет значительно повысить усвояемость кормов.
Другой причиной использования биогазовых технологий для утилизации навоза и помета является экологическая безопасность такой переработки. Отсутствуют выбросы в атмосферу и стоки.
Традиционная переработка навоза и помета для получения удобрений связана с их длительной (6-12 месяцев) выдержкой в специальных хранилищах. Она необходима для завершения микробиологического процесса перевода органических веществ в форму, пригодную для питания растений.
Также такая выдержка должна способствовать гибели семян сорняков и патогенов (болезнетворной микрофлоры, паразитов и их яиц). Для этого необходима температура 55-60 град. С, достигаемая при активном компостировании твердых фракций навоза и помета с нагнетанием воздуха.
Достижение таких температур при выдержке жидких фракций навоза и помета в специально оборудованных хранилищах (лагунах) маловероятно, особенно в северных регионах нашей страны. В этом случае приходится прибегать к химическому обеззараживанию. Оно существенно повышает затраты и опасно для здоровья работников.
Длительная выдержка навоза и помета в лагунах сопровождается выделением парниковых газов (метан, углекислый газ, оксиды азота), а также веществ с неприятными запахами. Запахи способны распространяться на расстояния до 17 км и раздражающе действовать на людей.
Такая выдержка служит угрозой загрязнения природных вод загрязняющими веществами и патогенной микрофлорой. Это может происходить при сильных ливнях, весенних паводках, нарушении целостности обваловки лагун, прорывах перекачивающих шлангов.
Таким образом, для утилизации навоза и помета биогазовая переработка позволяет осуществить экологически безопасный и безотходный процесс и одновременно получить «зеленую» энергию и ценную продукцию (органическое удобрение).
Внесение органических удобрений позволяет на 30-50% увеличить урожайность различных культур и улучшить качество почвы. Это позволяет завершить круговорот органических веществ в природе, характерный для экономики замкнутого цикла.
Городские сточные воды и осадки их биологической очистки
Такие отходы эффективно перерабатываются с помощью биогазовых технологий. Они изначально содержат необходимый комплекс метанообразующих бактерий. Важным преимуществом такой переработки является полная стерильность образующегося остатка. Другим важным фактором является возможность полного использования выделяющейся электроэнергии для работы насосов, аэрирующих стоки при биологической очистке.
Впервые биогазовая установка на водоканале в нашей стране была внедрена в 2009 году на Курьяновских очистных сооружениях Мосводоканала. В настоящее время подобные установки действуют на Люберецких очистных сооружениях Мосводоканала и водоканалах многих крупных российских городов (Екатеринбург, Волгоград и др.), что значительно повысило их рентабельность.
Трава, сорняки, водоросли
В отличии от навоза или городских сточных вод для этих отходов запуск биогазовой технологии потребует введения специальных штаммов метаногенерирующих бактерий или добавления свежего навоза.
Степень выделения биогаза в случае использования зеленой растительной биомассы увеличивается по сравнению с навозом с 25-34 куб. м/т до 35-70 куб. м/т. Это объясняется тем, что наиболее легко расщепляемые фракции органики уже поглощены при питании животных, а навоз представляет собой непереваренные остатки.
Возможность использования травы и сорняков является важным фактором обеспечения стабильности работы биогазовых установок при перебоях с поставкой основного сырья. Можно использовать даже ядовитые сорные растения, например, борщевик Сосновского. Семена сорняков и ядовитые алкалоиды борщевика эффективно разрушаются на второй стадии анаэробной переработки, сопровождающейся образованием органических кислот.
Они также обеззараживают все виды патогенных микроорганизмов, которые могут содержаться в органических отходах. Использование специально выращенной биомассы (силосная кукуруза, особые виды водорослей) позволяет увеличить выход биогаза до 300 куб. м/т и повысить долю метана в нем до 70-80%.
Отходы очистки жироотделителей, производства биодизеля (технический глицерин)
Такие отходы с высокой долей жиров наиболее эффективно перерабатывать по биогазовой технологии. 1 тонна жира выделяет до 1300 куб. м биогаза с содержанием метана до 87%. Это значительно повышает рентабельность такой переработки.
Для увеличения питательной ценности образующихся удобрений переработку жировых отходов совмещают с утилизацией зеленой биомассы или навоза. Это дает возможность получить качественные органические удобрения при высокой энергетической эффективности.
Органическая фракция сортировки ТКО
Компостирование органической фракции от сортировки ТКО решает экологическую проблему и предотвращает ее негативное воздействие на окружающую среду. Однако, полученный продукт из-за высокого содержания примесей можно применять только в качестве технического грунта для пересыпки ТКО на полигоне или для рекультивации промышленных зон.
Такой продукт имеет низкую стоимость (не более 50 руб./куб. м), которая не только не окупает инвестиционных вложений, но и не покрывает эксплуатационных затрат ускоренного компостирования. В этом случае объединение компостирования с биогазовой переработкой может значительно повысить рентабельность утилизации органики.
Подробнее об этом можно прочитать в статье «Рентабельная утилизация органической фракции ТКО».
Факторы, влияющие на эффективность переработки в биогазовых установках
Биогазовая технология основана на анаэробном разложении органических отходов под действием специальных микроорганизмов. Поэтому эффективность этого процесса зависит от того, насколько комфортно им выполнять свою деятельность.
Пути увеличения интенсивности их деятельности описаны в статье «Преимущества утилизации органических отходов в биогазовых установках». Поэтому мы только кратко перечислим эти факторы:
- оптимальный температурный режим 45-55 град. С с допустимым отклонением от температуры в биореакторе не более 0,5 град. С;
- высокая влажность, необходимая для оптимальных условий работы микрофлоры;
- минимально возможный размер частиц органических отходов, чтобы увеличить поверхность их контакта с микроорганизмами;
- периодическое перемешивание субстрата в биореакторе, улучшающего его контакт с бактериями.
Перспективы развития биогазовых технологий в России
Наглядно с биогазовой технологией можно познакомиться на следующем видео:
У биогазовых технологий может быть много различных применений, но хочется выделить 3 основных направления для их внедрения.
Решение проблем утилизации отходов животноводства
Традиционные технологии превращения навоза и помета в удобрения связаны с их длительной выдержкой в специальных хранилищах. Пока идет процесс перегнивания этих отходов распространяются неприятные запахи, происходит выделение парниковых газов. Стоки из хранилищ, содержащие патогенную микрофлору в периоды сильных дождей могут загрязнять природные воды.
В настоящее время более 2 млн га сельскохозяйственных земель занято под хранение отходов животноводства. Применение биогазовых технологий позволяет решить все эти проблемы. Происходит экологически безопасная утилизация навоза и помета с получением энергии и удобрений.
Интенсификация переработки органических фракций ТКО
Для решения экологических проблем органические фракции от сортировки ТКО требуют переработки. Это реализуется за счет ускоренного компостирования. Однако, оно обладает очень низкой рентабельностью. Добавление биогазовых технологий позволяет повысить рентабельность такой переработки.
Возможно получение дополнительных доходов за счет утилизации отходов с высокой влажностью (пищевых отходов, осадков очистки сточных вод и др.). Их можно использовать вместо воды для увеличения влажности органической фракции ТКО до 80-85%, требуемых для биогазовой технологии.
Энергетическая основа для создания экотехнопарков
Биогазовые технологии, характеризующиеся выделением тепла и электроэнергии могут быть основой для создания других производств, использующих эту энергию. Это могут быть технологии переработки органических отходов (компостирование, сушка навоза и помета и др.), теплицы, использующие тепло и удобрения.
Могут использоваться и другие технологии утилизации отходов, особенно требующие больших затрат энергии для сушки или работы технологического оборудования. Таким образом, биогазовая технология может служить основой для высокорентабельного объединения различных технологий.
