Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Жакипбекова А.Ш. 1 Мусина Г.Ш. 2 Джамалова Г.А. 1, 2

---

1 Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева

2 ТОО «НДЦ AEG»

Изучены процессы эмиссии метана при анаэробной переработке отходов в лабораторной установке. Объектом исследования послужило ТБО, собранное «навалом». После сортировки, состав ТБО, использованный для биоразложения в установках, включал следующие компоненты: органические пищевые отходы 75 %, другие органические (древесные остатки в виде опилок, макулатура в виде остатков бумаги, газет, журналов, книг; остатки упаковочного картона) отходы (15 %), уличный смет (10 %). В качестве добавки для интенсификации анаэробного биоразложения ТБО в установках использовался подстилочный навоз, т.к. он обогащен питательными веществами, которые необходимы для анаэробного разложения и получения обогащенного метаном биогаза. Процесс анаэробного биоразложения отходов протекал в условиях биореактора 54 дня. Протокол переработки отходов занял 54 дня, внешне поддерживаемая температура находилась в интервале от 24 до 37 оС. При переработке 59 % (2,478 кг) субстрата трансформированы в продукты биоразложения – фильтрат и биогаз и 41 % был представлен дигестатом. Общая выработка метана составило 14,175 л.

Статья в формате PDF

0 KB

твердые бытовые отходы

подстилочный навоз

метаногенез

биогаз

1. Джамалова Г.А. Эмиссия токсичного и взрывоопасного биогаза полигонами твердых коммунальных отходов // Известия СПбГТИ(ТУ). – № 22 (48). – С.92–95.

2. Гурвич В.И., Лифшиц А.Б. Добыча и утилизация свалочного газа (СГ) – самостоятельная отрасль мировой индустрии. http: // www.ecoline.ru, 2001. – 11 с.

3. Лебедев В.С., Горбатюк О.В., Иванов Д.В. и др. Биогеохимические процессы образования и окисления биогаза на свалках бытовых отходов // Журнал экологической химии. – 1993. – № 4. – С. 323–334.

4. Meadows M., Gregory R., Fishfind C., Gronow J. Characterizing methane emissions from different types of landfill sites // Enviromental impact, aftercare and redemption of landfills. Vol. IV / VII International waste management and landfill symposium. Sardinia, 1999. Sardinia, V. 4. P. 25–32.

5. Лебедев В.С., Ножевникова А.Н. Объекты захоронения городских бытовых отходов как источник атмосферного метана // Экологическая химия. – 1995. – № 4. – С. 49–60.

6. Крупский К.Н., Андреев Е.Н., Ютина А.С. Использование биогаза в качестве источника энергии: обзорная информация. – М.: ЦБНТИ Минжилкомхоз РСФСР, 1988. – 38 с.

7. Вайсман Я.И., Вайсман О.Я., Максимова С.В. Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов. – Пермь, 2003. – 231 с.

8. Джамалова Г.А. Анализ изменчивости качественного состава биогаза, производимого биореактором при интенсификации анаэробного разложения твердых бытовых отходов // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 4.; URL: http://www.science-education.ru/ru/article/viewid=21119 (дата обращения: 23.02.2018).

Биогаз, горючая смесь (в основном СН4, СО2) – продукт анаэробного микробиологического разложения органических соединений.

Состав биогаза находится в прямой зависимости от химического состава разлагающегося органического вещества: при доминировании углеводов (простые сахара: глюкоза; высокомолекулярные полимеры: целлюлоза и гемицеллюлоза) содержание метана снижается, при доминировании жиров, наоборот, повышается.

Состав биогаза понятие гибкое и не стабильное, т.к. зависит от множества факторов (рис. 1) [1].

Ниже приводится основная статистика по антропогенной эмиссии биогаза и метана:

1) антропогенный вклад в глобальную эмиссию метана (до 20 %):

– 0,09 – 0,8 [2],

– 1,5–73 млн. т/год [3],

2) из 1 т ТБО образуется до 180 м3 сырого биогаза, из 1 кг навоза крупного рогатого скота образуется 0,250–0,340 м3 биогаза [4];

3) из сухой массы 1 кг отходов образуется СН4 (0,34 /68) · 10–3 м3 [5],

4) при анаэробном биоразложении [6]:

– 1 г жира образует 1250 мл биогаза (68 % СН4 и 32 % – СО2),

– 1 г углевода – 790 мл биогаза (68 % и 32 %),

– 1 г белка – 704 мл биогаза (71 % и 29 %);

5) образование метана из жиров (до 70 %), углеводов (до 62,5 %) и белков (до 48 %);

6) основные физические свойства биогаза:

– плотность 1,07/10–4 кг/м3, вязкость: биогаза 1,15/10–5, метана – 1,04/10–5 Н·с/м2,

– теплота сгорания – 1800 – 25100 кДж/м3 [7].

Рис. 1. Факторы, влияющие на эмиссию антропогенного биогаза [1]

Поэтому антропогенный биогаз, вследствие наличия в своем составе СН4, СО и H2S имеет как локальный (пожары, взрывы, угнетение биоты; распространение неприятного запаха), так и глобальный (парниковый эффект, уменьшение озонового слоя) фактор воздействия на окружающую среду (рис. 2).

Рис. 2. Последствия (основные) для окружающей среды от аккумулятивного влияния антропогенного биогаза [1, 7]

Объект и методика исследования. Объектом исследования послужило ТБО, собранное «навалом». После сортировки, состав ТБО, использованный для биоразложения в установках, включал следующие компоненты: органические пищевые отходы 75 %, другие органические (древесные остатки в виде опилок, макулатура в виде остатков бумаги, газет, журналов, книг; остатки упаковочного картона) отходы (15 %), уличный смет (10 %).

Весомым аргументом в пользу использования подстилочного навоза крупного рогатого скота (органический гомогенный материал, состоящий из фекалии, урины, подстилочного материала, остатки корма, технической воды) в качестве добавки для интенсификации анаэробного биоразложения ТБО в установках явился тот факт, что навоз, также, как и компост, обогащен питательными веществами, которые необходимы для анаэробного разложения и получения обогащенного метаном биогаза [8].

Результаты и обсуждение. Протокол процесса переработки ТБО изложен в таблице, производство биогаза при анаэробном методе переработки ТБО показано на рис. 3.

Процесс анаэробного биоразложения отходов протекал в условиях биореактора 54 дня.

Протокол процесса переработки ТБО

Рис. 3. Протокол производства метана

Как видно из рис. 3, при анаэробном методе переработки органических твердых бытовых отходов, в зависимости от температурного режима, регулируемого извне, различали три периода:

– с 1–го по 16-й день биоразложения температурный режим составил 24–29оС;

– с 17-го по 37-й день – 35–37оС;

– с 38-го по 54-й день – 30оС.

Как видим, верхний уровень мезофильного режима благоприятно влияет на процесс анаэробного биоразложения органических отходов и, следовательно, на производство биогаза.

Если принимать во внимание температурный режим переработки отходов, то было произведено:

– при температурном режиме 24–29оС – 2,67 л метана;

– при температурном режиме 30–35оС – 6,43 л метана;

– при температурном режиме 30оС – 5,075 л метана.

Общая выработка биогаза при разложении органических твердых бытовых отходов составило 14,175 л.

Заключение. Из 4,2 кг субстрата переработано 59 %, т.е. 2,478 кг и 41 %, т.е. 1,722 кг остается как дигестат, которое может быть использовано для производства нетрадиционного органического удобрения. Общая выработка метана составило 14,175 л.

Библиографическая ссылка