Организация переработки навоза в Алейском районе Алтайского края

При реконструкции или  новом строительстве систем хранения навоза с точки зрения эксплуатационной надежности максимальное количество сблокированных наземных резервуаров — навозохранилищ, размещаемых на одной площадке и  привязанных на один навозосборник с насосной станцией, рекомендуется принимать не более шести.

Конструктивные решения  наземных навозохранилищ приведены  на рисунке 13 [4].

1 – корпус; 2 – элемент  каркаса; 3 – пластиковое покрытие

Рисунок 13 - Схема закрытого  металлического навозохранилища

фирмы JOZ объемом 2300 м³.

Конструктивные решения  металлических надземных резервуаров  разработаны на 220, 385,.600 и 1250 м³ (рисунок 14) [4].

 

1 – корпус; 2 – площадка  обслуживания; 3 – переливная труба;

4 – элемент крепления; 5 – гомогенизатор; 6 – элемент  основания;

7 – запасной люк; 8 –трубопровод  выгрузки; 9 – сборный лоток

Рисунок 13 - Конструктивная схема навозохранилища металлической

конструкции фирмы «Витковице» (Чехия) вместимостью 385 м³.

Основные преимущества наземных навозохранилищ и резервуаров перед  другими типами и конструктивными  решениями сооружений: быстровозводимость, простота и надежность в эксплуатации, высокая степень механизации и автоматизации технологических процессов хранения навоза, максимальная сохранность питательных веществ и удобрительных свойств навоза, исключение загрязнения охраны окружающей среды и др.

Основным требованием  к проектированию и строительству  навозохранилищ и накопителей является то, что их конструктивные решения  должны исключать фильтрацию навоза и навозных стоков. С этой целью  навозохранилища устраивают, как  правило, из монолитного или сборного бетона или железобетона, пруды-накопители — из бетона, железобетона, пленочных  материалов типа «бутилкор» или их комбинаций. В проектных решениях накопителей предусматривают систему дренажа с контрольными колодцами для наблюдения за герметичностью сооружения.

Фрагмент конструктивного  решения полевого накопителя (ФРГ) для  жидкого навоза с пленочным покрытием  дна и откосов приведен на рисунке 14 и 15 [4]. Подают жидкий навоз или навозные стоки по трубе, которая служит также для откачки навоза. Для крепления трубы используют старые автопокрышки [4].

1 – днище; 2 – откос; 3 –  контрольная дренажная система;

4 – автопокрышки; 5 – изгородь; 6 – контрольная труба; 7 – ворота;

8 – подъездной путь; 9 – барьер; 10 – труба для заполнения

(опорожнения) накопителя

Рисунок 14 - План полевого навозохранилища  с пленочным экраном.

1 – ограждающий барьер; 2 – трубопровод для навоза; 3 –  уровень

навоза; 4 – гидроизоляционная  пленка; 5 – глинистый экран; 6 –  тонкая

полимерная пленка; 7 –  контрольная труба; 8 – труба дренажной

системы; 9 – отверстие  в трубе; 10 – старая покрышка,

заполненная бетоном

Рисунок 15 - Фрагмент конструктивной схемы накопителя навоза

с пленочным экраном.

3. Анаэробные процессы и производство биогаза

В анаэробной или бескислородной технологии для переработки биологической  массы используют разные бактериальные  группы, которые постепенно в трехступенчатых  процессах (гидролизе, ферментации  и образовании метана) разделяют  высокомолекулярные органические соединения до довольно простых конечных продуктов - метана и углекислого газа. В  стадии окончания процесса жидкую массу  сепарируют и осадки компостируют. Жидкую часть, если она обработана в  термофильном или в мезофильном режиме (примерно 10 - 12 дней) можно использовать как почвенное удобрение или далее очистить в аэробных биологических очистных устройствах для сточных вод. Конечный продукт - биогаз - источник энергии, популярность которого в последнее время значительно возросла [5].

1. Анаэробное разложение

В анаэробном процессе разложения отходов образуются газовая смесь (её называют биогаз), которая главным  образом состоит из двуокиси метана (CH₄) и углерода (CO₂). В зависимости от качества сырья и обрабатывающей технологии, биогаз формирует 55-75% метана, однако есть хорошо развитые технологии, которые производят биогаз, содержащий до 95% метана. Другие существенные составные части биогаза - двуокись углерода 30-40%, водород 5-10%, азот 1-2% и сероводород <1%.

Процесс анаэробного разложения содержит три главных фазы. В стадии гидролиза бактерии разделяют нерастворимые  вещества (лигнин, углеводы, жиры) на более  простые вещества, такие, как сахар. В фазе ферментации микроорганизмы размножаются и растворяющиеся компоненты (жирные кислоты, аминокислоты) преобразовываются  в промежуточные продукты, такие, как летучие кислоты алкоголь, аммиак, водород и двуокись углерода. В стадии образования метана эти  промежуточные продукты превращаются в биогаз (метан и двуокись углерода).

Самые подходящие температуры  для производства биогаза - от 25 до 40 ^оC, но в отдельных случаях используются также более высокие температуры от 55 до 65 ^оC.

Кислотность (pH) исходных продуктов имеет определяющую роль в производстве биогаза. У анаэробных процессов уровень кислотности от 6.4 до 7.2 pH. Оптимальный уровень кислотности в процессе ферментации не может быть ниже 6.4, в свою очередь в стадии образования метана оптимальный уровень pH - 6.6-7. Оптимальное соотношение углерода-азота для анаэробных процессов - от 20:1 до 30:1.

Метанобразующие бактерии чувствительны  к токсическим веществам, поэтому  для эффективного производства биогаза  необходимо хорошее и неизменное качество сырья. Сырье, которое богато жиром, - самое подходящие для производства биогаза, давая 1000 л метана на 1 кг сырья  с 70% концентрацией. Углеводороды в  процессе переработки дают примерно половину из этого количества, зато обеспечивают высокую концентрацию метана - 80%.

Чтобы избавиться от запаха, разложение должно происходить в  закрытых реакторах. Они могут быть разного вида: одна или нескольких секций, однофазный и несколько фаз (чаще всего двух), которые отличаются технологической сложностью и расходами. Первые два вида проще и их дешевле приводить в действие, многофазовые реакторы позволяют оптимизировать процесс в разных стадиях ферментации и их продуктивность в производстве биогаза выше.

Сырье обычно подготавливают, отсортировывая инертные материалы, такие  как камни, песок, стекло, керамику, металл, пластмассу, а также материалы, содержащие целлюлозу. Чтобы увеличить поверхность сырья, сырье размельчают и тогда помещают в биореактор. Часто используемая технология биореакторов - один непрерывный процесс, в конце которого бактерии отделяют осадком или фильтрованием и помещают обратно в биореактор. Чтобы обеспечить хороший процесс ферментации, необходимо частое размешивание массы.

Полученный биогаз можно  разделить газовым сепаратором  на метан и побочные газы. Очищенный метан можно использовать для производства электричества или тепла. В результате анаэробной ферментации появившиеся нерастворимые органические побочные продукты нужно отделить отсадкой. Отсадку производят механическим (фильтрование или специальные пластины), термальным (охлаждение, удаление газов) или химическим воздействием (присоединяя флокуланты). Остаточную массу обезвоживают и аэробно компостируют.

Сточную воду обычно циркулируют  обратно в биореактор, или их используют как удобрение в сельском хозяйстве. Дальнейшее полезное использование излишков ферментации ограничено их химическими, биологическими и физическими свойствами.

Остатки могут быть загрязнены тяжелыми металлами и устойчивыми  органическими источниками загрязнения, которые попали в перерабатываемую массу с использованными пестицидами. Бытовые отходы и сточные воды могут содержать ароматизированные, алифатические и галогенные углеводороды, полихлорированные бифенилы (ПХБ) и другие вредные вещества, которые до конца не разделены [3].

1.2.3.2Техническое оборудование для производства биогаза

Получение биогаза в анаэробном процессе происходит в бескислородной среде, поэтому для его реализации необходим закрытый резервуар: специально сконструированный стационарный реактор  или изолированные энергетические ячейки на полигоне отходов. В зависимости от цели применения метода используют реакторы, которые могут быть изготовлены или из металла, или из железобетона и которые оборудованы устройствами подачи тепла различной конструкции, которые обеспечивают в реакторе необходимую температуру для поддержания соответствующего анаэробного режима (рисунок 16) [3].

 

 

1 – вход сточных вод; 2 – выход; 3 – вывод ила;

4 – сбор газа; 5 – биогаз  для смешивания сточныхвод;

6 – вывод лишнего ила

Рисунок 16 - Схема действия метанового ферментатора.

Если температура в  окружающей среде значительно понижается, производство газа практически останавливается. Чтобы обеспечить в реакторе нужную температуру в холодный сезон, необходима соответствующая термоизоляция.

Чтобы обеспечить производство биогаза на промышленном уровне необходимо сложное, комплексное производство, которое состоит из системы аккумулирования  биомассы, реактора биомассы (оборудование переработки) и системы аккумулирования  и очистки биогаза.

На практике чаще всего  используют или отдельные небольшие, относительно простые реакторы, главным  образом, для переработки жидкого  навоза у ферм или строят мощные устройства по производству биогаза  для переработки различных биоотходов, чтобы получить метан.

Процесс производства биогаза  надо реализовать так, чтобы минимальная  температура в 55 ^оC сохранялась 24 часа без перерыва. В случае более низкой температуры соответственно нужно увеличить объем биореактора и время ферментации.

Размеры биореакторов колеблются от 70 м³ до 5000 м³ и их мощность может быть от 500 до 300 000 тонн/год. Характеристики мощностей и размеров биореакторов даны в таблице 2 [3].

Таблица 2.

Характерные размеры и  мощности биореакторов

 

Загрузка отходов, тонн/день	Объем реактора, м3
50	800 - 1500
150	2200 - 3500
350	4700
450	7700

 

 

 

 

 

 

Полученный биогаз можно  разделить сепаратором газа на метан  и смежные газы.

Очищенный метан может  использоваться для производства электричества  или тепла. Появившиеся в результате анаэробной ферментации нерастворимые  побочные органические продукты надо отделить отсадкой. Отсадку проводят механическим (фильтрование или специальные  пластины), термальным (охлаждение, удаление газов) или химическим воздействием (с присоединением флокулантов). Оставшуюся массу обезвоживают и аэробно компостируют.

Сточную воду обычно или  циркулируют обратно в биореактор, или используют как удобрение в сельском хозяйстве. Дальнейшее полезное использование отходов ферментации ограничено их химическими, биологическими и физическим свойствами. Отходы могут быть загрязнены тяжелыми металлами и устойчивыми органическими загрязнителями, которые попали в перерабатываемую массу с использованными пестицидами. Бытовые отходы и сточные воды могут содержать ароматизированные, алифатические и галогенизированные углеводороды, полихлорированные бифенилы (ПХБ) и другие вредные вещества, которые до конца не расщеплены [3]. 

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АЛЕЙСКОМ РАЙОНЕ

1. Общая характеристика Алейского района

Алейский район входит в состав Алтайского края. Граничит с Топчихинским, Шипуновским, Ребрихинским, Усть-Пристанским, Мамонтовским, Усть-Калманским районами Алтайского края.

Рельеф района – слаборазвитая  равнина, расчлененная реками и оврагами, открыты месторождения кирпичной  глины. Климат резко-континентальный. Средняя температура января-17,6 оС, июля +20оС. Годовое количество осадков 440 мм. Лесостепь с колками (преимущественно березовыми) и полезащитными полосами из тополя, березы, клена, вяза мелколистного, желтой акации. На северо-западе проходит Барнаульский ленточный бор, шириной от 7 до 12 км. На территории района 7 рек (одна из крупных – Алей), 7 крупных и несколько мелких озер.