МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

автор **Дмитрий** Вт Бер 10, 2015 9:24 am

МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Г. Х. Ахмедярова,

старший преподаватель кафедры

Промышленная экология

М. Б. Ягшимурадова,

студентка V курса специальности «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов».

Международный университет нефти и газа,

г. Ашгабат, Туркменистан

Интенсивное развитие промышленного производства, сельского хозяйства в Туркменистане, а также развернутое здесь крупномасштабное строительство приводят к образованию большого количества различных видов отходов. По показателю удельного образования твердых бытовых отходов (0.5-0.7 кг/чел.сут.) Туркменистан вплотную приблизился к группе развитых стран (Италия – 0.68, Франция – 0.7, Великобритания – 0.85, Япония – 0.80, Россия – 0.7). Валовое накопление отходов в стране достигает одного миллиона тонн, причем объемы утилизированных отходов не превышают 1-2 % от их общего количества, среди них вторичному использованию подвергаются лишь отходы металлов, стекла и пластмассы [1]. Основная часть отходов вывозится на свалки, в результате чего происходит загрязнение земельных ресурсов, водных источников, выделение в атмосферу неприятных запахов и токсичных газов, а, самое главное, из материального оборота выводятся ценные и необходимые материалы, компоненты и вещества.

Для решения этой проблемы в 2009 году в Туркменистане был введен в эксплуатацию первый завод по переработке твердых бытовых отходов мощностью 750 тонн в сутки. Он располагается на территории общей площадью 64 га на севере неподалеку от города Ашхабада. На начальном этапе технологического процесса доставленный на завод специализированными машинами мусор поступает в цех механизированной сортировки, в результате из общего количества выделяются отходы пластмассы, бумаги, картона и металла. После прессования эти отходы направляются на дальнейшую переработку в целях их вторичного использования. Оставшаяся органическая часть отходов подвергается анаэробному сбраживанию в метантенке с получением удобрения как конечной продукции завода. Выделяющийся в процессе анаэробного сбраживания метан, к сожалению, не используется в хозяйственных целях, а обезвреживается здесь же путем сжигания.

Анализируя мировой и накопленный в нашей стране опыт в области управления отходами, необходимо отметить, что анаэробное или метановое сбраживание полностью удовлетворяет всем современным требованиям экологической безопасности и является наиболее оптимальным и комплексным решением данной проблемы [3]. Этот метод основан на принципах биодеструкции и усвоения микроорганизмами различных органических компонентов твердых бытовых отходов в результате их жизнедеятельности.

Для проведения экспериментальных исследований по переработке органической части твердых бытовых отходов и решения вышестоящих проблем была использована технологическая установка. Основным элементом установки является биореактор с системой перемешивания барботажного типа, в котором непосредственно осуществлялся процесс анаэробной ферментации с выделением биогаза [2]. Биореактор представляет собой колонный аппарат высотой 30 мм и диаметром 20 мм. В нижней части биореактора расположена система перемешивания барботажного типа, которая представляет собой равномерно перфорированную трубку, выполненную в виде спирали. Через нее происходит подача газа, что обеспечивает равномерное перемешивание биомассы по всему объему биореактора и предотвращает образование на поверхности плавающей корки.

С целью повышения эффективности анаэробного сбраживания и оптимизации технологических параметров процесса были проведены научные исследования по изучению биоконверсии органической части твердых бытовых отходов и установлению факторов, влияющих на их биоокисление [4]. Среди них температура, кислотность среды, влияние барботажного перемешивания. Температура среды оказывает значительное влияние на процесс биоконверсии органических отходов и является наиболее значимым лимитирующим фактором всех метаболических процессов микроорганизмов. При выборе критерия эффективности анаэробного сбраживания органических отходов в течение прохождения эксперимента были проведены измерения основного технологического параметра – концентрации биомассы при различных режимах переработки (в отсутствии и с помощью барботажного перемешивания). Нашими исследованиями показано, что оптимальный температурный интервал для роста и развития используемых метаногенных бактерий является 30-35ºС. Это связано с тем, что данные микроорганизмы являются мезофилами, и указанные температурные условия для них наиболее оптимальны.

Для изучения влияния барботажного перемешивания на эффективность метанового сбраживания был проведен второй эксперимент. При этом часть образующегося в процессе метана направлялась в слой сбраживаемого материала для его перемешивания, и в результате этого были созданы однородные условия по всему объему биореактора. Для оценки эффективности применения барботажного перемешивания определялась концентрация беззольного вещества, концентрация летучих органических кислот и активности рН среды в сбраживаемом субстрате.

В результате экспериментально проведенных лабораторных исследований установлено, что снижение концентрации беззольного вещества до уровня в 16 г/л для сбраживания с барботажным перемешиванием составило 22 дня, без перемешивания – 30 дней. Дальнейшее проведение процесса является нецелесообразным, поскольку значительного снижения концентрации не происходит.

В течение всего исследуемого периода была определена динамика изменения активности рН среды, связанная с двухстадийным прохождением анаэробного сбраживания. В результате было установлено, что повышение концентрации летучих органических кислот при низких значениях рН, равном менее 6,5, связано с ростом кислотообразующих бактерий, а оптимальный рост метаногенных бактерий происходит при значениях рН, равным 7, (в диапазоне значений 6,8-7,2).

Таким образом, результаты проведенных научных исследований показали, что скорость процесса анаэробного сбраживания зависит от стабильности температурного режима и активной реакции рН среды. При оптимальном режиме сбраживания и однородном температурном поле в результате применения барботажного перемешивания, удельный выход биогаза с 1 кг органической части твердых бытовых отходов составил 0,75 м³, а период сбраживания снизился на 25 %. Применение барботажного перемешивающего устройства для решения данной проблемы позволил не только свести к минимуму температурную неоднородность, но и отводить продукты жизнедеятельности бактерий, что является необходимым условием для их роста.

При решении практических задач данный метод может быть рекомендован к внедрению в качестве технологии переработки отходов текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности, хлопкоперерабатывающих и шерстомойных фабрик, а также для обезвреживания и стабилизации осадков городских сточных вод. Предлагаемый метод переработки органических отходов на основе барботажного перемешивания обеспечивает оптимальные технико-экономические характеристики процесса, обладает высокой эффективностью переработки, дает возможность для получения вторичных ресурсов и решает задачи обеспечения охраны окружающей среды и санитарно-гигиенического благополучия городов и поселков.

Перечень ссылок

Окружающая среда и Концепция Устойчивого развития Туркменистана, Ашгабат, 2008.
Эдер Б. Биогазовые установки, практическое пособие / Б. Эдер, Х. Шульц, 1996. Перевод с немецкого Zorg Biogas в 2008 г.
Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник в 3-х томах. –Калуга : Издательство Н.Бочкаревой, 2003.
Экологическая биотехнология под ред. К.Ф. Фостера и Д. А. Дж. Вейза. Л.: Химия, 1990.

Скачать