Инновации в сфере переработки отходов

      Накапливающиеся с каждым годом технические отходы животноводства грозят не только экологии, но и экономике страны. При наметившихся сегодня в России темпах развития свиноводства это бомба замедленного действия, которая может взорваться в любой момент. Превратить отходы в доходы можно с помощью новых технологий переработки навоза.

      По  данным НИИ органических удобрений и торфа, в России функционирует более 1600 крупных животноводческих предприятий, свинокомплексов и птицефабрик с бесподстилочным содержанием скота. Каждая корова ежедневно производит в среднем 50 кг навоза, свинья - 30 кг, бройлер - 100 г. В общей сложности каждый день в стране производится более 450 тыс. тонн помета, навоза и стоков, из которых почти половина никак не используются. Сегодня более 2 млн. га земли занято под хранение навоза. Отходами животноводства покрыта площадь, равная почти половине территории Московской области. И этот ресурс представляет реальную экологическую угрозу вместо того, чтобы работать на плодородие почв и высокие урожаи. [8]

      В старину, при экстенсивном ведении  хозяйства, коров с небольшими удоями содержали прежде всего для получения навоза. Концентрация скота на единицу земельных угодий была очень низкой. Навоз накапливали около фермы или вывозили на поля, где он постепенно превращался в перегной.

      Сегодня при таком способе внесения возникает  ряд проблем. Во-первых, перевозка громадного количества стоков (содержание сухого вещества 2-5%) требует немалых средств, во-вторых, почва, подземные и поверхностные воды заражаются инвазионными, инфекционными и токсическими элементами, в третьих, это ведет к накоплению нитратов, меди и цинка в зерне, траве и водных источниках. В связи с этим в некоторых штатах США, например, запретили применение набивного птичьего помета в качестве удобрения. [8]

      На  современном этапе развития существует достаточное количество различных методов и технологий по переработке отходов птицефабрик, среди которых самыми популярными являются  компостирование, биоэнергетические технологии, результатом которого является получение высококачественных органических удобрений без запаха и болезнетворных возбудителей, а главное - газообразное, жидкое и твердое топливо, а так же птичий помет можно использовать после соответствующей переработки в качестве кормовых добавок для домашнего скота.

      Послед  птицы — это не проблема, а  перспектива птицеводства. Мировых технологий множество, они постоянно создаются и улучшаются. Проблема наша в том, что мы не ищем и не внедряем их. У нас все " по старинке" — составляем послед у бурты и за бесценок вывозим перегной на поля. Утилизация последа современными методами это во-первых, и наиглавнее, экологически а, во-вторых, экономически выгодно. Когда экологическое законодательство выйдет на надлежащий уровень, то сообразительные птицеводы не только не будут выплачивать огромные штрафы, а еще и будут получать неплохие прибыли. Другие останутся далеко позади. [11]

      3.2 Устройство и принцип работы биогазовой станции

        Биогазовая станция ZORG™ производит  путем бескислородного брожения  биогаз и биоудобрения из биоотходов  и энергетических культур.

      Промышленная  биогазовая станция - это строительный объект, в котором доля оборудования составляет 70-80%. Принципиально - это закрытые реакторы (или ферментеры, дигестеры, метантенки, биореакторы) выполненные из монолитного железобетона или стали с покрытием. Конструкция модульная с диаметром 24 м  и  высотой 6 м. При увеличении мощности увеличивается количество реакторов (см. рисунок 2).

        Жидкие биоотходы перекачиваются  на биогазовую установку фекальными  насосами по трубопроводу. Жидкие  отходы попадают не прямо в  реактор, а в предварительную емкость. В этой емкости происходит гомогенизация массы и подогрев (иногда охлаждение) до необходимой температуры. Твердые отходы загружаются в специальный шнековый загрузчик. 

Рисунок 2. Схема биогазовой станции

        Из емкости гомогенизации и загрузчика твердых отходов биомасса поступает в реактор. Реактор является газонепроницаемым, полностью герметичным резервуаром. Это конструкция теплоизолируется слоем утеплителя. Толщина утеплителя рассчитывается под климатические условия. Внутри реактора поддерживается фиксированная для микроорганизмов температура. Температура в реакторе мезофильная (35-38°С). Иногда применяются вспомогательные реакторы с термофильным режимом (около 55°С). Перемешивание биомассы производится наклонными и погружными мешалками. Материал всех перемешивающих устройств - нержавеющая сталь.

        Подогрев реактора ведется теплоносителем. Система подогрева - это сеть  трубок находящихся внутри стенки  реактора, либо на ее внутренней  поверхности. Если биогазовая  установка комплектуется когенерационной установкой (теплоэлектрогенератором), то тепло от охлаждения электростанции используется для подогрева реактора. Если биогазовая установка работает только на производство биогаза, тогда тепло берется от специально установленного водогрейного биогазового котла. Затраты тепловой и электрической энергии на нужды самой установки составляют от 5 до 10% всей производимой энергии..

        Всю работу по сбраживанию  отходов проделают анаэробные  микроорганизмы. В биореактор микроорганизмы  вводятся один раз при первом запуске. Реактор герметичны и дружелюбны к окружающей среде.

        На выходе имеем два продукта: биогаз и биоудобрения (компостированный  и жидкий субстрат).

        Биогаз сохраняется в емкости  для хранения биогаза - газгольдере.  Здесь в газгольдере выравниваются давление и состав газа. Из газгольдера по газовой системе идет непрерывная подача биогаза в газовый или дизель-газовый теплоэлектрогенератор. Газовая система включает в себя осушку биогаза, очистку от сероводорода и газоподготовку. Крупные биогазовые установки имеют факельные установки. В случае, когда предприятию требуется не электроэнергия, а газ биогазовая установка комплектуется системой очистки от CO2.

        Переброженная масса - это биоудобрения. Жидкие отделяются от твердых  с помощью сепаратора и сохраняются в емкости для хранения биоудобрения.

        Всей системой управляет система  автоматики. Для управления достаточно  всего 1 человека 2 часа в день. Уровень персонала – техник. [12]

      Реактор биогазовой станции 

Рисунок 3. Реактор  для получения биогаза

      Реакторы  состоят из панелей (Рисунок 3). Панели выполнены из стали с высококачественным покрытием по технологии высокотемпературного спекания "elamel". Покрытие является экстремально химически стойким, выносливым к удару, коррозии и предельно  долговечно. Конструкция предумастривает быструю сборку и разборку. Продумано все до мелочей. Люки из нержавеющей стали, усиленные вырезы под мешалки, смотровые окна - все специально для биогазовых станций.

Преимущества  реакторов из стали с покрытием  по сравнению с бетонными:

 - служат дольше;

 - можно строить зимой;

 - не нужна опалубка;

 - короче строки строительства;

- возможность  лизинга как оборудование.

      Шнековый  загрузчик биомассы

      Силос или другое твердое сырье подается непосредственно в реактор шнековым загрузчиком (Рисунок 4). Загрузчик оснащен датчиками веса и электрическим приводом, которые интегрируется в централизованную систему управления биогазовой установкой.

Рисунок 4. Шнековый загрузчик биомассы

      Бункер  укомплектовывается двумя турбошнеками. Турбошнеки имеют систему плавного пуска, таким образом происходит экономия электроэнергии и гарантируется надежная работа привода в течении 24 часов в день. Особо прочная конструкция из легированной стали со стойким к кислотному воздействию покрытием, позволяет агрегатам работать при больших нагрузках.

      Конструкцию отличает увеличенная производительность благодаря использованию специальных  скребков с регулируемыми ножами.

      Привод  с надежными планетарными редукторами  гарантирует стабильность работы при  максимальных нагрузках и вращающих моментах.

      Гидравлическое  управление заслонкой обеспечивает очистку турбошнека и транспортера, тем самым, обеспечивая надежную эксплуатацию даже при сильных морозах.

      Мешалка наклонная 

      Наклонные мешалки разработаны специально для работы в агрессивных условиях (Рисунок 5). С помощью перемешивания не образовывается корка, что позволяет биогазу легко выходить на поверхность, а субстрат не осаждается. Винты изготовлены при помощи специального оборудования, которое обеспечивает миллиметровую точность в наклоне лопастей. В зависимости от применения и направления вращения наше смешивающее оборудование использует высокопроизводительные винты, работающие на втягивание либо выталкивание субстрата. 

Рисунок 5. Мешалка  наклонная

      Мешалка с электрическим приводом разработана для работы в взрывоопасной среде класса 1 и класса 2. Все детали мешалки, включая изоляционную мембрану (газонепроницаемая) для трубки привода защищены от ультрафиолетового излучения. Винтовая мешалка монтируется с внешней стороны стены ферментатора. Устройство фиксируется и герметизируется в стене при помощи специальной пластины или рамы. Герметизирующая мембрана применяется для герметизации кардана относительно пластины вращающегося мешалки, что позволяет снимать мешалку, не вынимая винта из ферментатора. Мешалка поддерживается при помощи двух верхних реек либо опционально на реечной передаче, что позволяет устанавливать любой угол наклона. Винт вращается посредством электрического мотора с двухступенчатой зубчатой передачей и карданным валом, расположенным в трубке с промежуточными подшипниками. Осевые силы поглощаются двумя роликовыми подшипниками. Карданный вал, винт, и пластина изготовлены из нержавеющей стали.

      Погружные мешалки 

Рисунок 6. Погружная  мешалка

      Погружные мешалки с электрическим приводом сконструированы для работы в взрывоопасной среде (Рисунок 6). Мешалка устанавливается на мачту для перемещения с помощью крепления двигателя для регулировки высоты устройства. Благодаря роликовым направляющим мешалка может спокойно погружаться и подниматься без трения, даже если кабель тянется под небольшим углом. Мотор-редуктор изготовлен из чугуна с шаровидным графитом и сверху окрашен, винт оцинкован, а крепление двигателя изготовлено из нержавеющей стали. Погружная мешалка выполнена в форме водонепроницаемого моноблока приводящего в движение трехлопастной винт.

      Теплопункт  биогазовой станции 

Рисунок 7. Теплопункт биогазовой станции

      Внутри  реактора поддерживается фиксированная  для микроорганизмов температура. Температура в реакторе мезофильная около 37°С. Подогрев реактора ведется теплоносителем. Температура воды на входе в реактор 60°С. Температура воды после реактора около 40°С. Система подогрева - это сеть трубок находящихся внутри стенки реактора, либо на ее внутренней поверхности (Рисунок 7). Если биогазовая установка комплектуется когенерационной установкой, то теплоноситель от охлаждения генератора используется для подогрева реактора.

      Также источником теплоснабжения сооружений биогазовой установки могут быть газовые котлы, которые работают на биогазе, на природном газе и на смеси. Котлы расположены в технических помещениях. Система отопления резервуаров вмонтирована в конструкцию днища и закреплена на стенах внутри ферментаторов. В состав системы входят циркуляционные насосы, регуляторы температуры, обратные клапаны, датчики температуры и давления, запорной арматуры, мембранный бак для компенсации теплового расширения воды. Подпитка системы отопления производится от отдельной емкости с раствором полипропиленглюколя. Прокладка тепловых сетей предусматривается в траншеях, из полиэтиленовых труб типа "Изопрофлекс" c теплоизолирующим и покрывным.

      Газгольдер - хранилище биогаза 

Рисунок 8.  Газгольдер-купол для биогаза

      Газгольдер - это хранилище биогаза. Он герметично крепится сверху сверху реактора.