SEWAGE SLUDGE AND MUNICIPAL SOLID WASTE RECYCLING TO PRODUCE BIOGAS AND ORGANIC-MINERAL FERTILIZERS

ПЕРЕРАБОТКА ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД И ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ БИОГАЗА И ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Зинченко М. Г., Адамчук Б. И., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина
Семененко И. В., НПО «Агробиотехнология», Харьков, Украина
Малюга Ю. Е., Украинский научно-исследовательский институт лесного хозяйства и агролесомелиорации, Харьков, Украина

Обострение экологических проблем, истощение запасов невозобновляемых энергоресурсов, рост цен на них обусловили повышение интереса к разработке и использованию методов биоконверсии органических отходов промышленности, сельского, коммунального хозяйства с получением энергии. Одним из наиболее эффективных методов утилизации органических отходов является их анаэробное сбраживание. Продуктами такой переработки являются биогаз — источник энергии — и сброженная масса, обладающая свойствами удобрения. Таким образом, технология анаэробного сбраживания позволяет одновременно решить экологическую, энергетическую и агрохимическую проблемы предприятий.
На кафедре химической техники и промышленной экологии (ХТПЭ) НТУ «ХПИ» длительное время проводились исследования, направленные на интенсификацию и оптимизацию процесса метанового сбраживания, а также конструктивное оформление технологии. С использованием результатов этих исследований в 1984 г. совместно с Сумским НПО им. М. В. Фрунзе была спроектирована и построена в г. Сумы биогазовая установка «БИОГАЗ-301С» для переработки отходов свинофермы на 3 000 голов животных. Она производила в сутки 450 м³ биогаза, который утилизировали в котельной с получением горячей воды для нужд фермы. Установка успешно работала вплоть до ликвидации свинофермы в 2000 г.
Опыт эксплуатации установки был впоследствии использован при разработке совместно с НПО «Агробиотехнология» ряда инвестиционных предложений и проектов биогазовых установок, в частности, было подготовлено ТЭО к инвестиционному проекту установки «БИОГАЗ 5-61С» для переработки отходов животноводства в с. Ново-Мажарово Зачепиловского района Харьковской области. Внедрение установки позволит перерабатывать в сутки 28,5 т навоза крупного рогатого скота с получением 650 м³ биогаза в сутки. Утилизация биогаза в мотор-генераторе даст возможность полностью обеспечить потребность установки в энергии, а также дополнительно получить товарную энергию: 229 кВт • ч/сут электричества и 1,7 Гкал/сут тепловой энергии. Прибыль за счет производства товарной энергии составит 27 тыс. грн; за счет реализации органических удобрений — 590 тыс. грн. Окупаемость капитальных вложений составит 3,9 года.
По заказу сельскохозяйственного колледжа провинции Онтарио (Канада) выполнено ТЭО к проекту установки «Биогаз-2-101М» для сбраживания 30 м³/сут смеси свиного и коровьего навоза с переработкой биогаза в электрическую энергию. В проекте предусмотрена дополнительная очистка жидкой фракции сброженной массы до показателей, позволяющих использовать ее в системе навозоудаления (рН — 7,5—7,6; взвешенные вещества — 75—100 мг/л; ХПК — 30 мг О/л; БПК — 21 мг О/л).
Для предприятия ОАО «Полтавская птицефабрика» выполнена проектная проработка технических решений для утилизации 336 м³/сут птичьего помета с влажностью 90—91%. Проектом предусмотрена утилизация биогаза с получением электрической энергии, рекуперация тепла сброженной массы, а также производство жидких органо-минеральных удобрений и биогумуса. Окупаемость капитальных затрат без производства биогумуса составит 4—4,2 года, с производством биогумуса — 1,9—2 года.
К сожалению, ни один из этих проектов не был реализован из-за отсутствия необходимого финансирования.
Не менее острой для Украины является проблема утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) и осадков хозяйственно-бытовых сточных вод (ОСВ), накопление которых приводит к загрязнению атмосферы парниковыми газами, почвы и подземных вод — минерализованными формами азота, тяжелыми металлами, патогенной микрофлорой. В мировой практике наиболее распространенным методом переработки ТБО является их фракционная сепарация с выделением вторичных сырьевых ресурсов (пластмассы, стекла, металлов). Масса, остающаяся после сепарации, состоит примерно на 50% из органических соединений (клетчатка, целлюлоза, белки). Однако она заражена патогенной микрофлорой и имеет примеси тяжелых металлов, поэтому ее не утилизируют, а подвергают захоронению или сжиганию, что приводит ко вторичному загрязнению биосферы. Те же проблемы возникают при утилизации осадков сточных вод. В то же время органическая масса ТБО и ОСВ содержит биогенные элементы (азот, фосфор, калий), микроэлементы и может служить сырьем для получения органо-минеральных удобрений. Однако ни одна из традиционных технологий переработки ТБО и ОСВ в удобрения (биокомпостирование, вермикомпостирование) не избавляет полученный продукт от тяжелых металлов и патогенной микрофлоры.
На кафедре ХТПЭ НТУ «ХПИ» совместно с УкрНИИ лесного хозяйства и агромелиорации разработана технология комплексной переработки ТБО и ОСВ в экологически чистое органо-минеральное удобрение. По этой технологии могут быть переработаны и другие виды органических отходов, такие как невостребованные побочные продукты сельхозпроизводства (солома зерновых культур, стебли подсолнечника, ботва овощей и пр.), листьевой опад и даже ветхие денежные знаки.
В основе новой технологии утилизации ТБО лежит метод так называемого «мокрого» сжигания. Суть разработки заключается в том, что органическая масса, оставшаяся после выделения из ТБО сырьевых фракций, подвергается обработке концентрированной серной кислотой («мокрому» сжиганию) с последующей нейтрализацией избытка кислоты кальцийсодержащими соединениями (известью, известняком, лёсом, дефекатом, минералами). Эти соединения обладают способностью фиксировать ионы тяжелых металлов в узлах кристаллической решетки и таким образом переводить их в неподвижную форму. Высушенная до влажности 5—10% масса представляет собой органо-минеральную смесь (ОМС), которая обладает свойствами универсального мелиоранта и медленнодействующего удобрения. В своем составе ОМС содержит (в пересчете на сухое вещество) N₂ — 0,6-2,7; К₂О — 0,8-3,0; Р₂О₅ — 0,5-1,9; Са — 20-27 и около 12% органического углерода и микроэлементов. После внесения в почву смесь легко перерабатывается микроорганизмами в гумус. На опытной установке было получено около 10 т ОМС, которая использовалась как удобрение при выращивании сельхозпродукции и посадочного материала древесных пород в лесных питомниках. Испытания показали, что по эффективности эти удобрения не уступают стандартным минеральным удобрениям.
Разработанная технология не только решает экологические проблемы, но и является экономически привлекательной. По предварительным расчетам стоимость 1 т этих удобрений составит 100—150 грн, что примерно в 5 раз меньше стоимости минеральных удобрений, выпускаемых промышленностью. Капитальные затраты на переработку 1 т отходов по новой технологии составят около 100 дол. США, в то время как удельные капитальные затраты на сжигание отходов составляют примерно 280 дол. США.

Zinchenko М. G., Adamchuk B. I., National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Kharkiv, Ukraine
Semenenko I. V., SPA «Agrobiotechnology», Kharkiv, Ukraine
Мalyuga Yu. E., Ukrainian Research Institute of Forestry and Agrosilviculture, Kharkiv, Ukraine

The paper presents the results of development and introduction of methane fermentation method for organic component of effluents generated at a pig-breeding farm. It demonstrates the possibility for commercial application of biogas plants in agro-industrial sector.
The paper provides basic information about a comprehensive recycling technology for household solid waste, based on «wet incineration» of organic component of HSW. The recycling product is environmentally safe organic-mineral fertilizer.

Главная страница

Сведения об авторах

Зинченко Мария Георгиевна, канд. техн. наук, проф., кафедра химической техники и промышленной экологии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина. Тел. (057) 707-61-55. E-mail
Адамчук Богдан Иванович, аспирант, кафедра химической техники и промышленной экологии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина. Тел. (057) 707-61-55.
Семененко Иван Васильевич, канд. техн. наук, главный специалист, НПО «Агробиотехнология», просп. Гагарина, 112, Харьков, 61035, Украина. Тел. (057) 776-74-80
Малюга Юрий Егорович, канд. сельхоз. наук, ст. науч. сотр., Украинский научно-исследовательский институт лесного хозяйства и агромелиорации им. Г. Н. Высоцкого, ул. Чайковского, 4, Харьков, 61024, Украина. Тел. (057) 707-80-42. E-mail

Последние изменения внесены 10.07.07