Page 1

Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год УДК

Перспективы использования зеленой массы Eichhornia crassipes Martius для получения биогаза ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева» Ионова Дарья, студентка IV курса, Новиков Константин, аспирант кафедры химии и биосинтеза Научный руководитель: Козлов Вадим Авенирович, д. б. н., профессор кафедры химии и биосинтеза Птичий помет, относящийся ко второму классу токсичности промышленных отходов является опасным отходом птицеводческих хозяйств. Это обусловлено тем, что свежий птичий помет, как правило, содержит ряд опасных болезнетворных бактерий: Micobacterium tuberculosis avis, Salmonella, Chlamydia psittaci. Птичий помет также в больших количествах содержит азот (2,69%), фосфаты и серу, массовая доля которых в виде P2O5 и SO3, после озоления помета, составляет 24,4% и 6,7% соответственно. Каждая птицеферма, в среднем, производит до 300 тонн птичьего помета в день. Простое складирование помета приводит к бактериальному загрязнению почвы, поверхностных и грунтовых вод, воздуха. В верхнем слое почвы такой почвы на глубине до 0,4 м содержится до 4950 кг/га минерального азота (из них 2500 кг/га нитратного), что в 17 раз выше по сравнению с незагрязнѐнной почвой [1]. В грунтовых водах на площадках хранения птичьего помета содержание (в мл/л) нитратного азота превышает содержание его в дренажных водах с поля в 2 раза, аммиачного азота – в 8 раз, фосфора – в 11 раз, калия – в 10 раз [1]. В результате наблюдается сброс больших количеств легко биоусваиваемого азота и фосфора в реки и непроточные водоемы, что вызывает их бурное эвтрофицирование. По этой причине проблема безопасной утилизации птичьего помета актуальна и радикально не решена до сих пор. В настоящее время применяются следующие способы утилизации: пассивное компостирование, интенсивное компостирование, термическая сушка, вакуумная сушка, пиролиз помета, производство пеллет. Ни один из этих способов не является экономически и экологически приемлемыми по следующим причинам: 1) пассивное компостирование, как уже указывалось, приводит к бактериальному и химическому загрязнению почвы, воздуха и вод; 2) интенсивное компостирование – энергозатратно, экономический выигрыш минимален; 3) термическая сушка, вакуумная сушка, пиролиз помета – энергозатратны и не решают проблем утилизации; 4) производство пеллет – самый неудачный и экологически вредный способ утилизации, по-скольку при сжигании пеллет из птичьего помета


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год в больших количествах (более 30% от массовой доли пеллет) образуются оксиды азота, фосфора и серы, образующие в присутствии паров воды смесь азотной, фосфорной и серной кислот, что сопровождается выпадением кислотных дождей. Таким образом, следует признать, что традиционные способы утилизации птичьего помета затратны, экологически небезопасны и экономически несостоятельны. Нами разработана технология биологической двухпоточной утилизации птичьего помета [2]. Изобретение может быть использовано при проектировании и строительстве инженерных сооружений для промышленных или сельскохозяйственных целей специального назначения. Сущность предлагаемого проекта заключается в создании комплекса, реализующего технологию круглогодичной глубокой биологической переработки загрязнений сточных вод, ила и других отходов с самодостаточным для процесса автономной работы очистного сооружения производством электро- и тепловой энергии, которое обеспечивается биогазом-метаном, выработанным при взаимодействии биомассы Эйхорнии со сточными водами и/или промышленными и бытовыми отходами. Основной технический результат изобретения – синергетический эффект круглогодичной глубокой биологической переработки отходов при одновременном производстве электро- и тепловой энергии, достаточной для автономной работы комплекса и передачи еѐ внешнему потребителю. Замкнутое высокоэкологичное бесперебойное производство с использованием Эйхорнии вне зависимости от климатической зоны и температуры окружающей среды ускоряет процесс устранения загрязнений и бактериального разложения нефтепродуктов, подавляет болезнетворные бактерии и микроорганизмы, обеспечивает наиболее полное извлечение тяжѐлых металлов и тем самым позволяет достигнуть оптимального критерия функционирования комплекса «сложность – стоимость – эффективность». Технический результат в предложенном биоэнергетическом комплексе достигается следующим образом (Рис. 1.). Биоэнергетический комплекс характеризуется тем, что содержит совокупность взаимосвязанных между собой газотурбинной/газопоршневой теплоэлектростанции и размещѐнной в закрытом помещении под тѐплой кровлей системы газификации сырья (СГС), которая включает последовательно соединѐнные модуль очистных сооружений (МОС) для гидроботанической переработки отходов, в том числе сточных вод и/или иловых отложений, водной растительностью, модуль производства газообразного биотоплива-биогаза (МПГ), а также блок управления и контроля (БУК) СГС.


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год

Рис. 1. Биоэнергетический комплекс

Работа биоэнергетического комплекса заключается в следующем. На входы отстойников модуля МОС поступают отходы в виде сточных вод и активного ила. Отстойники комплекса могут являться вторичными по отношению к внешним (первичным) отстойникам очистных сооружений, полей орошения, дорожных стоков, иловых площадок, нефтеочистных полигонов и т. п. В отстойниках под действием силы тяжести происходит осаждение примесей (загрязнений) при малых скоростях потока. С выходов отстойников стоки поступают в биопруды, поверхность которых заселена плавающей неукореняющиейся Эйхорнией, где происходит интенсивный процесс деструкции органических и неокисленных минеральных и органических соединений, содержащихся в загрязнѐнных водах. При этом Эйхорнии, поглощая загрязнения, быстро наращивает свою биомассу, которая подаѐтся в измельчитель и, далее, в гомогенизатор, куда также поступает активный ил из отстойников. После перемешивания в гомогенизаторе ила и других отходов с измельчѐнной биомассой Эйхорнии, предпочтительно в массовом соотношении 1:1, смесь поступает в метантенки модуля производства биогаза-метана. В метантенках, благодаря уникальным свойствам Эйхорнии. Как симбионта бактерий метанообразования, происходит интенсивный процесс образования и накапливания метана (перерабатывается в метан до 60% биоила и биомассы Эйхорнии), который сопровождается спонтанным саморазогревом смеси отходов и измельчѐнной массы Эйхорнии до температуры от 70 до 90°С. Производимый в метантенках метан посредством компрессора перекачивается в газгольдер, где накапливается с последующим поступлением на вход


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год газотурбинной/газопоршневой теплоэлектростанции ГТЭС/ГПЭС. При этом выработанная электроэнергия с выхода ГТЭС/ГПЭС обеспечивает аппаратуру электропотребления СГС, в том числе измельчитель, гомогенизатор, систему освещения и вентиляции и др., а также используется для снабжения внешних электроустановок с выхода. Предложенное техническое решение в отличие от известных технологий позволяет реализовать технический результат по оптимизации комплексного критерия «сложность – стоимость – эффективность», т. е. достигнуть высокой эффективности при приемлемой сложности и минимальной стоимости работ, за счѐт синергии круглогодичной глубокой биологической переработки отходов с одновременным производством электро- и тепловой энергии, достаточной для автономной работы комплекса и передачи еѐ внешнему потребителю. Список литературы 1. Утилизация твердых отходов: в 2-х томах. Т. 2 / под ред. Д. Вилсона. – М.: Стройиздат, 1985. – 348 с. RU 47349 U 1,27. 08. 2005. 2. Козлов В. А., Зурнаджян Р. А., Ионова Д. А., Новиков К. В., Карпенко Ю. Д., Еленкин В. А, Гартфельдер В. А., Дмитриева О. Г. Биоэнергетический комплекс (БИОЧЭК) для утилизации отходов. Патент на полезную модель. МПК: В 09 В 3/00, С 02 F 3/00 Е 04 Н 5/00. Приоритетный 4номер №2010101403 от 18. 01. 2010 г. Решение о выдаче патента на полезный образец №2010101403/22(001933) от 26. 03. 2010г. 3. RU2114793 С 1,10. 07. 1998. 4. RU 2200802 С1, 20. 03. 2003. 5. RU 2137884 С 1, 20. 09. 1999. 6. RU 49526 U 1,27. 11. 2005.

/Ionova_D_1  

http://ify.ulstu.ru/sites/default/files/Ionova_D_1.pdf