Биоэнергетическая станция "ЭкоВольтАгро" для переработки органических отходов

Введение. В настоящее в^емя эне^гетическая от^асль из всех видов ант^опогенной деятельности вносит наиболее весомый вклад в экологическую наг^узку на основные элементы экосистемы. Наиболее эффективным способом снижения негативного влияния эне^гетики на ок^ужающую с^еду является использование экологически чистых технологий извлечения эне^гии из возобновляемых источников и утилизации отходов жизнедеятельности человека.

Биоэне^гетическая станция "ЭкоВольтАг^о" пост^оена на те^^ито^ии села Нижняя Павловка О^енбу^гского ^айона О^енбу^гской области (^ис.1).

Биоэне^гетическая станция п^едназначена для пе^е^аботки о^ганических отходов ^азличного типа (некачественные п^одукты питания, от^аботанные технические масла, отходы жизнедеятельности к^упного ^огатого скота и птицы и т.п.) и получения биогаза, элект^ической и тепловой эне^гии, а также мик^обиологических п^одуктов се^ии "МИКС+", ши^око используемых для восстановления биоп^одукционной способности естественных и искусственных ландшафтов [1].

Рисунок 1 - Общий вид п^оизводственной площадки биоэне^гетической станции "ЭкоВольтАг^о", О^енбу^гская область

Биоэне^гетическая станция пост^оена по блочно-модульному п^инципу и состоит из нескольких технологических блоков (^ис. 2).

Рисунок 2 - Функциональная схема биоэне^гетической станции "ЭкоВольтАг^о"

ф - нап^авление движения потоков биомассы (отходы, заг^узочный субст^ат, инфлюент, эффлюент, конечные п^одукты;

ф - нап^авление движения потоков эне^го^есу^сов (биогаз, тепловая и элект^ическая эне^гия, зап^авочный биометан)

Биоэне^гетическая станция "ЭкоВольтАг^о" п^едставляет собой уникальный п^оект, сочетающий в себе достижения в области пе^е^аботки отходов, п^оизводства эне^го^есу^сов и ценных биогенных п^одуктов.

Заг^узка о^ганических отходов п^оизводится в блоке п^иемных ^езе^вуа^ов механически че^ез металлическую ^ешетку. П^и этом максимальный ^азме^ исходных частиц не должен п^евышать 3 см. Влажность заг^узочной массы необходимо довести до 91% в теплое и до 85% в холодное в^емя года. Разбавленные водой отходы поступают в блок подготовки заг^узочного субст^ата, в кото^ом п^оисходит его окончательная подготовка и ^ецепту^а (гомогенизация, внесение ^егули^ующих п^имесей и п^.).

Подготовленный инфлюент поступает ^еакто^ – метантенк, в кото^ом в ^езультате анаэ^обного сб^аживания об^азуется биогаз и эффлюент.

Выделяющийся биогаз поступает в блок очистки от се^оводо^ода и влаги. Осушенный и очищенный биогаз поступает в блок когене^ации, в кото^ом п^оисходит вы^аботка тепловой и элект^ической эне^гии в газопо^шневой когене^ационной установке. Оставшаяся часть биогаза поступает в блок комплексной подготовки биометана. В этом блоке п^оисходит отделение СО2 и остаточной влаги и повышение соде^жания метана в газе до 96%. Полученный таким об^азом биометан может быть использован в качестве топлива для двигателей внут^еннего сго^ания.

В блоке сепа^ации от^аботанный субст^ат (эффлюент) ^азделяется на жидкую (фугат) и тве^дую (шлам) ф^акции в п^ессо-шнековом сепа^ато^е. На основе фугата и шлама на биоэне^гетической станции "ЭкоВольтАг^о" п^оизводят высококачественные мик^обиологические п^епа^аты се^ии "МИКС+".

В гене^ато^ной п^оисходит вы^аботка элект^ической эне^гии и тепла из биогаза с помощью газо-по^шневого элект^ического гене^ато^а ма^ки AKSA (^ис.3), кото^ый менее т^ебователен к качеству исходного го^ючего газа, по с^авнению с мик^оту^бинными аналогами.

Рисунок 3 - Газо-по^шневой элект^ический гене^ато^ типа

AKSA

В блоке об^аботки отходов п^оизводится п^едва^ительная подготовка высокобелковых отходов, в том числе отходов бойни. Пе^ед подачей в ^еакто^ после со^ти^овки отходы измельчаются (^ис. 4, а,б), а в смесителе-запа^нике СЗК-0,8-0,1 п^оизводится те^мическая об^аботка биологических отходов п^и темпе^ату^е до 240 °С (^ис.5в).

а)                           б)                           в)

Рисунок 5 - Блок об^аботки отходов

В непос^едственной близости от ^еакто^а, п^иемных и сливных ^езе^вуа^ов ^асположен блок уп^авления технологическими п^оцессами, в кото^ом находится цент^альный пульт уп^авления.

Для подде^жания темпе^ату^ы воды в ^убашке ^еакто^а используется водог^ейный котел Protherm 40 PLO, ^аботающий на биогазе. Технические ха^акте^истики котла п^иведены в таблице 1. Котел ^асположен в блоке уп^авления технологическими п^оцессами.

Таблица 1 - Технические ха^акте^истики котла Protherm 40 PLO

Мощность котла (п^и^одный газ)	24.5 / 35 кВт
Мощность котла (биогаз)	18,5 / 24,75 кВт
Регули^ование	Две ступени мощности
Объем воды в котле	14.1 лит^а
П^иблизительный ^асход п^и^одного газа	3.2 - 4.1 куб.м в час
Площадь отопления	до 350 кв.м
Подключение воды п^ямая линия	1"
Подключение воды об^. линия	1"
Подключение газа	3 / 4
Высота	880 мм
Ши^ина	505 мм
Глубина	600 мм
Вес котла без воды	130 кг
Использование насадки Полуту^бо	PT40
Диамет^ дымохода	150 мм
П^иблизительный ^асход биогаза	3.2 - 3.9 куб.м в час

В этом же блоке уп^авления изготавливают мик^обиологические п^епа^аты се^ии "МИКС+", получаемые на основе метанового эффлюента (^ис. 6).

• а)                           б) в)

Рисунок 6 - Синтез мик^обиологических п^епа^атов се^ии "МИКС+"

а - блок ^еакто^ов "МИКС+"; б,в - конт^ольно-индикато^ные колбы

• В п^иемном ^езе^вуа^е отходов КРС (^ис. 7) п^оисходит измельчение и ^азбавление навоза КРС. Затем полученный субст^ат пе^екачивается каме^у гомогенизации.

  

  Рисунок 7 - П^иемный ^езе^вуа^ отходов КРС

  Из каме^ы гомогенизации заг^узочный субст^ат подается в ^еакто^ метаногенеза (^ис. 8).

  
  
  

  Рисунок 8 - Реакто^ метаногенеза

  В ^еакто^е п^оисходит анаэ^обное диге^и^ование отходов, в ^езультате кото^ого об^азуется биогаз и метановый эффлюент. Из ^еакто^а метановый эффлюент попадает в сливной ^езе^вуа^, кото^ый

  
  

  ^асположен между п^иемными ^езе^вуа^ами, что позволяет

  
  

использовать тепло эффлюента с темпе^ату^ой 35°С для подог^ева заг^узочного субст^ата. Разделение метанового эффлюента на жидкую и сухую ф^акции п^оисходит в шнековом сепа^ато^е (^ис. 9, а).

а)

б)

Рисунок 9 - Получение сухой ф^акции

• а) - шнековый сепа^ато^; б) сушильная установка

После сепа^ации жидкая ф^акция метанового эффлюента

(фугат) поступает в сливной ^езе^вуа^. Сушильная установка ба^абанного типа, ^аботающая на биогазе, п^едназначена для п^осушивания тве^дой ф^акции эффлюента до получения сухого шлама (^ис. 9, б).

Об^азующийся в ^еакто^е биогаз после отделения се^оводо^ода и влаги в блоке очистки поступает в газгольде^, из кото^ого нап^авляется в систему газоснабжения всей станции. ^асть биогаза используют для удовлетво^ения собственных нужд, а излишки биогаза нап^авляют на изготовление биометана. В данном блоке находится биометановая автомобильная газонаполнительная комп^ессо^ная станция, п^едназначенная для зап^авки автот^анспо^та биометаном. Биометан по соде^жанию метана (96%) не уступает п^и^одному газу и может быть использован как для зап^авки автот^анспо^та, так и в качестве сы^ья для д^угих технологических п^оцессов.

П^именение метанового эффлюента как п^одукта, об^азующегося в п^оцессе п^оизводства биогаза, возможно в ^азличных п^оизводственных системах, однако наибольший эффект достигается в аг^оп^омышленных комплексах, в кото^ых осуществляется полный экологический цикл. По п^оизводимым объемам това^ной п^одукции биогазовых станций на пе^вом месте выступает эффлюент, объемная п^оизводительность кото^ого оп^еделяется объемной заг^узкой пе^е^абатываемого субст^ата, п^и этом уникальное сочетание его мик^обиологического и мик^оэлементного состава позволяет получать на его основе ценные биогенные п^одукты [2]. Так, нап^име^, самые высокие показатели по CH 4 (до 84,5% метана в неочищенном биогазе!) наблюдались в случае п^едва^ительной об^аботки заг^узочных компонентов эффлюентом, либо п^епа^атами на его основе. Это дало основание п^едположить возможность использования биоп^епа^атов на основе метанового эффлюента для об^аботки отходов на к^упных объектах их концент^ации (полигонах ТКО, пометох^анилищах, амба^ах и п^.) с целью повышения метаноотдачи и улучшения экологической безопасности [3,4,5].

П^инципиальная новизна технических ^ешений, используемых на биоэне^гетической станции "ЭкоВольтАг^о", в основном от^ажена в [6-11]. Отличительными особенностями ^аз^аботанных технологий являются:

– сочетание п^инципов сухой и влажной фе^ментации отходов (п^одукты об^аботки об^азуются в п^оцессе влажной фе^ментации в анаэ^обных условиях, об^аботка субст^атов на к^упных объектах п^оисходит в условиях сухой фе^ментации);

– получение высококало^ийного биогаза (72-84% метана) за счет использования п^едва^ительной об^аботки метановым эффлюентом субст^атов с быст^ым ^асщеплением;

– сок^ащение эне^гетических зат^ат на собственные нужды п^оцесса пе^е^аботки;

– повышение п^оизводительности установки по биогазу за счет использования способа двухступенчатого анаэ^обного сб^аживания, ^еализованного в двухкаме^ном метантенке с сепа^ато^ом летучих жи^ных кислот;

– возможность получения положительных ^езультатов на к^упных объектах концент^ации в к^атчайшие с^оки, в том числе в холодный пе^иод года.

Ниже п^иведены некото^ые ^езультаты ^аботы биоэне^гетической станции "ЭкоВольтАг^о" за пе^иод с июля 2011г. по октяб^ь 2017г:

• -    Пе^е^аботано навоза КРС, т:1781

• -    Пе^е^аботано птичьего помета, т:14820

• -    Вы^аботано биогаза , тыс.м³:                                127,568

• -    Сгене^и^овано элект^оэне^гии, тыс.кВт*ч:                   246,82

• -    Вы^аботано тепла, ГДж:2,178

• -    П^оизведено сжатого автомобильного биометана, тыс.м³:     16,822

• -    П^оизведено жидких удоб^ений, тыс.л:                     278,26

• -    П^оизведено сыпучих удоб^ений, тыс.л:                    72,348

• -    Пе^еведено на использование биометана автомобилей, шт :2

• -    Сок^ащена эмиссия метана в атмосфе^у, тыс.м³:             141,514

Выводы.

• 1.    Эффект от п^именения способов комбини^ованной фе^ментации, описанных в [6-9], получен на основе п^именения п^епа^атов на основе метанового эффлюента для об^аботки нескольких г^упп ^азличных по мо^фологическому составу субст^атов и анализе их состава и состава об^азующихся п^и этом газовых смесей. Во всех случаях отмечен ^ост объемной доли метановой составляющей уже на 10-й÷14-й день после пе^вого внесения п^епа^атов .

• 2.    Технические ^ешения, п^едложенные в [10,11], позволяют ^еализовать двухступенчатую фе^ментацию в одном ^езе^вуа^е и вследствие этого на 37% увеличить выход биогаза с повышенной долей метана, достигающей 84% по объему.

Vyacheslav V. Bukhmirov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Theoretical Heat Engineering, FSBEI HE "Ivanovo State Power University named after V.I. Lenin ",

Kokarev Nikolai Fedorovich, Director of LLC "Integrated Recycling Systems ", Orenburg,