Биоэнергетические комплексы для переработки органических отходов

Биоэнергетические комплексы для переработки органических отходов

Горбенко В. Н., Носек А. В., Буряков В. А., ГНПК «Киевский институт автоматики», Киев, Украина
Трошин А. Г., Пономарева Н. Г., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина
Мацак А. Ф., Трошин Г. П., Шкоп А. А., НТЦ «Экомаш», Харьков, Украина

В процессе жизнедеятельности человека, а также в отраслях, связанных с производством продуктов питания (животноводство, растениеводство, пищевая промышленность), образуются отходы, насыщенные биогенными элементами. Эти отходы — ценное сырье для биотехнологии. Однако при неправильном обращении они могут стать причиной загрязнения окружающей среды, поэтому исследования и разработки по их утилизации весьма актуальны.

При естественном круговороте веществ в природе биогенные элементы, проходя через сложные пищевые цепочки, не покидают его, а многократно используются. Аккумулятор биогенных элементов — почва, а источник энергии для всех процессов — солнце.

В условиях урбанизации и индустриализации сельского хозяйства происходит разрыв естественного круговорота биогенных элементов, нарушение его пропорций (рис. 1).

Рис. 1. Движение биогенных элементов:
а — природный круговорот (относительно небольшой уровень загрязнения атмосферы, возврат биогенных элементов в почву); б — ситуация последних лет, обусловленная урбанизацией и индустриализацией сельского хозяйства

Так, например, углерод отходов окисляется кислородом воздуха в ходе химических или биологических процессов, а другие элементы либо задерживаются в отходах, либо переходят в труднодоступную для биологических процессов форму, либо попадают в атмосферу, минуя почву. В результате почва, лишенная притока биогенных элементов, перестает быть их аккумулятором и местом жизнедеятельности многих природных сообществ, деградирует, теряет плодородие. Навоз, помет, осадок бытовых сточных вод — естественные ресурсы для воспроизводства плодородия. Их сжигание загрязняет окружающую среду, а рациональная переработка с сохранением и возвратом органических веществ в почву позволяет повысить ее плодородие.

Комплексное решение проблемы переработки органических отходов предполагает высокую экологическую, энергетическую, экономическую эффективность и возможно при соответствующей законодательной поддержке.

Экологическая эффективность. Твердые отходы должны быть максимально минерализованы, стабилизированы и обеззаражены, сточные воды очищены до уровня качества природных вод местности, в которой происходит сброс, или до уровня качества воды оборотного водоснабжения предприятия (при его наличии). Необходимо уменьшить выбросы углекислого газа, метана, сероводорода, аммиака, исключить выбросы диоксинов, фуранов и других токсичных и абиогенных компонентов, а также четко определить пути использования продуктов переработки отходов (восстановление плодородия сельскохозяйственных и других земель, получение тепловой и электрической энергии, производство кормов или кормовых добавок и др.).

Энергетическая эффективность. Следует использовать процессы с низкими затратами энергии, предусмотреть максимальную рекуперацию тепловой энергии.

Экономическая эффективность. В условиях Украины срок окупаемости капитальных вложений не более 2-3 лет.

Законодательная поддержка подразумевает:

— наличие законодательной системы, которая направлена на стимулирование применения процессов утилизации органических отходов и использования продуктов их переработки (специальные тарифы на электрическую энергию, производимую из биомассы, ограничение сброса токсичных промышленных и бытовых отходов в канализацию);

— наличие стандартов, определяющих не только требования к качеству продуктов переработки, но и виды используемых технологических процессов, обеспечивающих заданное качество, а также пути использования продуктов переработки;

— обеспечение спроса и, соответственно, возможности сбыта продуктов переработки отходов.

Решение проблемы переработки органических отходов возможно путем создания биоэнергетических комплексов (БЭК) (рис. 2), которые обеспечивают:

— возврат биогенных компонентов в почву;

— снижение выбросов парниковых газов в атмосферу за счет депонирования углеродсодержащих соединений в почве;

— задержание токсичных веществ (ксенобиотиков);

— получение воды с природным содержанием растворенных компонентов.

Рис. 2. Замкнутый БЭК переработки органических отходов с производством энергии, кормов, удобрений

На рис. 2 зеленым цветом показано движение биогенных элементов для достижения экологической эффективности, красным — энергетической эффективности, черным — экономической.

БЭК строится на базе известных технических решений, имеющих высокий уровень надежности и совершенства, и осуществляет переработку органических отходов естественного происхождения при помощи преимущественно биохимических способов с использованием солнечной энергии.

Основные принципы построения БЭК:

— взаимное согласование всех процессов (непрерывных, периодических), имеющих различные динамические характеристики, области рациональных значений параметров (особое внимание необходимо уделять согласованию стадий физико-химической обработки продуктов и биологических процессов);

— модульность, поэтапное внедрение, что позволяет добиться требуемой глубины переработки отходов, производительности или других эколого-экономических показателей путем присоединения отдельных модулей к базовой схеме;

— контролируемость, управляемость, гибкость, обусловленные изменениями качества и количества отходов, сезонных и дневных условий работы, потребности в конечных продуктах переработки отходов и обеспечивающие автоматизацию процесса;

— возможность производства товарных продуктов: тепловой и электрической энергии, кормов, органических удобрений.

Например, если в результате биохимической переработки органических отходов получают биогаз, который далее используют для выработки тепловой и электрической энергии, то тепло и углекислый газ, выделяющиеся при сжигании метана, являются сырьем для фотобиореактора, производящего водоросли на корм скоту или биодизель, а также выделяющего кислород в атмосферу. Таким образом, БЭК —самоокупаемый, прибыльный проект.

Приглашаем всех желающих к сотрудничеству.

Главная страница

Сведения об авторах

Горбенко Виктор Николаевич, зам. директора, ООО «Научно-технический центр "Экомаш"», а/я 8962, Харьков, 61106, Украина. Тел./факс (057) 703-35-30. E-mail₁, e-mail₂
Трошин Алексей Георгиевич, к.т.н., зам. директора, ООО «Научно-технический центр "Экомаш"», а/я 8962, Харьков, 61106, Украина. Тел./факс (057) 703-35-30. E-mail₁, e-mail₂
Трошин Георгий Петрович, директор, ООО «Научно-технический центр "Экомаш"», а/я 8962, Харьков, 61106, Украина. Тел./факс (057) 703-35-30. E-mail₁