Россия
Россия
В статье рассматриваются вопросы возможного вторичного использования отходов очистки промышленных стоков в качестве топлива для мини-ТЭЦ
сточные воды, активный ил, биогаз, биогазовые технологии
В настоящее время иловые осадки представляют собой огромный и практически не используемый ресурс, который при правильном подходе может быть с успехом задействован для выработки тепловой и электрической энергии. До сих пор огромное количество осадков сточных вод (ОСВ) остается неиспользованными или используются весьма ограниченно, в лучшем случае в качестве удобрения [1]. Так, из общего количества отводимых илов в России как удобрение используется 1-6 %, перерабатывается 3 %, основная масса ила хранится в илонакопителях или на свалках промышленных отходов, для сравнения за рубежом в качестве удобрений используется в среднем 32,4 % ОСВ. Так в Люксембурге используется 90 % ОСВ, в Германии – 30 %, а в Бельгии – 10 %. Ниже представлены лишь некоторые примеры, как можно использовать активный ил (рис. 1) [2, 3].
Рисунок 1 – Примеры использования активного ила
В мировой практике более 2,3 млрд. м3 сточных вод ежегодно очищается на современных станциях аэрации и образуется 11 млн. м3 осадков по сухому веществу. В целом по России ежегодно образуется около 80 млн. м3 осадка при влажности 97 %, или 3 млн. т по сухому веществу, большая часть складируется на иловых площадках и в шламонакопителях, где происходит их стабилизация в естественных климатических условиях, в ряде регионов нашей страны ОСВ сжигаются на заводах, после чего, как правило, размещаются на полигонах [4].
С экономической точки зрения одной из наиболее перспективных технологий обработки ОСВ является технология анаэробного сбраживания. Речь идет о микробиологической технологии обработки ОСВ в так называемых биогазовых установках, основой которых является метантенк – герметизированный реактор-смеситель, предназначенный для стабилизации осадков, и генерации биогаза. В России данная технология используется на Курьяновских очистных сооружениях МГУП «Мосводоканал». Полученный в результате анаэробного сбраживания биогаз сжигается на мини-ТЭС электрической мощностью 10 МВт. Выработка электроэнергии составляет свыше 10 МВт•ч, что обеспечит 70 % собственной потребности Курьяновской станции аэрации. Тепловая энергия в количестве 8,6 Гкал обеспечивает 50 % собственных нужд по обогреву производственных зданий, а также на сушку осадка [5]
На АО «АНХК» очищается 4 348 784 м³/час смешанных сточных вод и при этом образуется 2400 м³/месяц избыточного ила влажностью 97 %. Основным методом обработки осадков на предприятии является их естественная сушка на искусственно созданных иловых картах, что противоречит требованиям охраны окружающей среды: иловые карты занимают значительные земельные участки, в непосредственной близости к городским территориям; осадки на иловых картах выдерживают длительное время (2-4 года), при этом происходит разложение органической части осадков, что приводит к формированию горючего газа. В недрах полигона образуется токсическая жидкость (фильтрат), попадание которой в грунтовые воды крайне нежелательно. Схема заполнения иловых карт представлена на рисунке 2.
|
|
|
|
Рисунок 2 – Схема заполнения иловых карт АО «АНХК» (вид со спутника)
|
|
Поэтому существует острая необходимость в разработке новых современных технических подходов и методов эффективной утилизации иловых осадков. Для этого на начальном этапе нам необходимы были минимальные данные о химическом составе и морфологии, а также о количестве илового осадка, образующегося на АО «АНХК».
Общее количество образующихся на площадке БОС-2 согласно техническому отчету УВК и ОС осадков составляет 157 975 м3 сырого ила.
По данным аналитического отчёта в составе активного ила контролируется наличие нефтепродуктов, летучего фенола, сероводорода, солей аммония и взвешенных веществ. По расчету, сделанному на основании «Методики расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов» [6], удельный выход биогаза за период его активной генерации при метановом брожении для полигона ОА АНХК составит примерно 2 180,055 т/год биогаза. После очистки от вредных примесей (углекислый газ – 25 %, сера 5 %) останется 1 526 ,038 т/год очищенного биогаза (метана). Одним из решений проблемы является строительство мини-ТЭЦ для выработки тепловой и электрической энергии, где в качестве топлива будет использоваться метан.
Во многих странах мира биогазовые установки стали стандартом очистки и утилизации промышленных сточных вод с целью получения биогаза для производства тепловой и электрической энергии. Примером служат Швеция, Австрия, Финляндия, в которых около 20 % произведенной энергии – из биогаза, им отапливают дома и освещают улицы. Около двухсот биогазовых установок работают в Австрии, в Германии – почти 30 тыс. В Англии использование биогаза покрывает все энергозатраты в сельском хозяйстве. Швеция считается лидером по продаже машин, заправляемых биогазом. Использование биогаза в качестве источника энергии имеет ряд преимуществ:
- Возобновляемость: биогаз получается путем переработки органических отходов, которые находятся в избытке, поэтому это возобновляемый источник энергии.
- Экологическая чистота: производство биогаза не вызывает выбросов парниковых газов и других вредных веществ, что снижает негативное воздействие на окружающую среду.
- Снижение затрат: использование биогаза позволяет снизить затраты на производство энергии, так как он является дешевым и легко доступным источником.
- Улучшение экономической ситуации в сельской местности: биогаз можно производить из органических отходов фермерских хозяйств, что может способствовать улучшению экономической ситуации в сельской местности.
- Гибкость: биогаз может быть использован для генерации электроэнергии и тепла, а также может служить топливом для автомобилей, что делает его гибким в использовании.
- Снижение зависимости от нефти: использование биогаза позволяет снизить зависимость от нефти и газа, что может быть особенно важным для стран, которые импортируют нефть или газ.
Мини-ТЭЦ представляют собой теплосиловые установки, предназначенные для совместного производства как тепловой, так и электрической энергии в устройствах единичной мощностью до 25 мВт, независимо от модификации оборудования. В настоящее время, как в отечественной, так и в зарубежной теплоэнергетике пользуются широким применением следующие установки:
- конденсационные паровые турбины с отбором пара;
- противодавленческие паровые турбины;
- газопоршневые, газодизельные и дизельные агрегаты с утилизацией тепловой энергии;
- газотурбинные установки с паровой или водяной утилизацией тепловой энергии.
Газопоршневые мини-ТЭЦ представляют собой инновационное высокотехнологичное, энергосберегающее оборудование, предназначенное для производства тепловой и электрической энергии из различных видов газообразного топлива.
Мини-ТЭЦ не только лишены значительного количества проблем, создаваемых традиционными производителями энергии, но и имеют по сравнению с ними значительные преимущества:
- близость к потребителям, что существенно снижает издержки на транспортировку тепловой и электрической энергии и потери в сетях;
- низкая стоимость вырабатываемых энергоносителей (уменьшенная в 3-4 раза), приводящая к малым срокам окупаемости вложений (вследствие невысокой цены на сам агрегат и отпускаемые им энергоресурсы к настоящему времени они составляют 3-5 лет);
- надёжность и независимость энергоснабжения;
- легко улавливаемые и утилизируемые отходы;
- компактность, автономность и малый уровень зависимости установок от присутствия значительных объёмов топлива.
В силу того, что мини-ТЭЦ в большинстве своём работают на природном газе или иных видах пожароопасного топлива, а сама эксплуатация миниэнергетических установок связана с работой опасных производственных объектов и обслуживанием действующих электроустановок, на первоначальном этапе внедрения требуется выполнить ряд важных мероприятий:
- Получить техническое заключение на проектирование мини-ТЭЦ и ТУ на подключение газового оборудования и подключение установки к электрооборудованию.
- Провести исследовательскую работы, собрав всю необходимую информацию об обеспечении топливом и сведения об оборудовании – потребителе тепловой и электрической энергии.
- Учесть необходимость выполнения природоохранных мероприятий.
- Выполнить проект и провести его согласование в надзорных и контролирующих органах.
- Обеспечить надлежащее обслуживание оборудования путём подготовки собственного персонала эксплуатирующей организации или посредством заключения соглашения со специализированным подрядчиком [7, 8, 9, 10].
Таким образом, одним из возможных методов утилизации промышленных отходов является их вовлечение в различные технологические процессы в качестве вторичных материальных ресурсов. Перспективным методом вторичной утилизации осадка биологических станций очистки сточных вод – избыточного активного ила является его сжигание в качестве топлива. Наличие органического вещества в сухом веществе осадка дает возможность рассматривать его как потенциальное топливо.
1. Суханова Л.И. Утилизация осадков природных и сточных вод. Москва, 1990 г – 460 стр. – Текст: непосредственный.
2. Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности. Москва ,1990 г – 204 стр. – Текст: непосредственный.
3. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод. Москва, 2006 г -– 704 стр. – Текст: непосредственный.
4. Российские и зарубежные практики обращения с осадком сточных вод – Текст: электронный // URL: https://cyberleninka.ru/ (дата обращения: 12.10.2024 г.).
5. Свалова М.В. Методика утилизации осадка сточных вод. – 2018 – С. 167-168. – Текст: непосредственный.
6. Методики расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов – Текст: электронный // URL: https://meganorm.ru/ 4293852/ 4293852448.pdf (дата обращения: 02.10.2024 г.).
7. Биогаз в возобновляемой энергетике – Текст: электронный // URL: https:// www.renwex.ru/ru/ii/biogaz/ (дата обращения: 20.03.2024 г.).
8. Сжигание осадков сточных вод – Текст: электронный // URL: https ://studref. com/324246/stroitelstvo/ (дата обращения: 20.03.2024 г.).
9. Мини-ТЭЦ: основное понятие, устройство, принцип работы – Текст: электронный // URL: https://enpowertech.ru/blog/chto-takoe-mini-tets (дата обращения: 20.10.2024 г.).
10. Николаева, Л.А. Энергоресурсосберегающая технология вторичного использования отходов теплоэнергетического комплекса / Л. А. Николаева, Р. Я. Исхакова. –– Текст: электронный // Молодой ученый. – 2015. – № 20 (100). – С. 51-55. – URL: https://moluch.ru/archive/ 100/22515/ (дата обращения: 02.10.2024 г.).
