Atkritumu pārstrāde, veids, kā radīt enerģiju un glābt zemi. Enerģija no atkritumiem - neierobežots kurināmais Pārtikas atkritumi enerģijai

MBaltkrievijas Republikas Izglītības ministrija

EE "Baltkrievijas valstspiederīgais Tehniskā universitāte»

Pārbaude pēc disciplīnas

ENERĢIJAS TAUPĪŠANA

TĒMA: "Metodes enerģijas iegūšanai no atkritumiem"

Pabeigts

Alekhno O.N.

Pārbaudīts

Laščuks E.G.

Minsk 2008

Ievads…………………………………………………………………………………………3

1. Cieto sadzīves atkritumu (MSA) kurināmā izmantošana…………………4

2. Biogāzes tehnoloģija lopkopības atkritumu pārstrādei……………..9

3. Ūdens attīrīšanas atkritumu enerģijas izmantošana kombinācijā ar fosilo kurināmo………………………………………………………..16

Secinājums………………………………………………………………………………….……19

Atsauces…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

IEVADS

IN Nesen V dažādas valstis Notiek aktīva fosilā kurināmā alternatīvu enerģijas avotu meklēšana. Baltkrievijai šī problēma nav akūta, taču ir vērts atzīmēt, ka valstīs ar augsti attīstītām enerģētikas nozarēm, kurām ir savi resursi, speciālisti veic šādus pētījumus. Starp efektīvi veidi enerģijas iegūšana var būt enerģijas iegūšana no atkritumiem.

Kopumā jāatzīmē, ka šī problēma ir daudzšķautņaina, jo atkritumu ir milzīgs daudzums un tie visi ir atšķirīgi. Tāpēc vienā darbā visu aptvert nav iespējams. Lai aptvertu tēmu par enerģijas iegūšanas veidiem no atkritumiem, mēģināšu aptvert tikai dažus no tiem:

Pirmkārt, iespēja izmantot cietos sadzīves atkritumus kā kurināmo;

Otrkārt, biogāzes tehnoloģijas iespējas lopkopības atkritumu pārstrādei;

Treškārt, ūdens attīrīšanas atkritumu enerģijas izmantošana kombinācijā ar fosilo kurināmo.

1. Cieto sadzīves atkritumu (MSW) kurināmā izmantošana.

Viens no efektīvākajiem enerģijas iegūšanas veidiem nākotnē varētu būt cieto sadzīves atkritumu (MSA) izmantošana par kurināmo. Sadzīves atkritumu priekšrocība ir tā, ka jums tie nav jāmeklē, jums tie nav jārok, bet jebkurā gadījumā tie ir jāiznīcina - kas prasa daudz pūļu. Nauda. Tāpēc racionāla pieeja šeit ļauj ne tikai iegūt lētu enerģiju, bet arī izvairīties no nevajadzīgām izmaksām.

Cieto sadzīves atkritumu mērķtiecīga rūpnieciska izmantošana kā kurināmā sākās ar pirmās “sadedzināšanas iekārtas” celtniecību netālu no Londonas 1870. gadā. Taču aktīva cieto atkritumu kā enerģijas izejmateriāla izmantošana sākās tikai 70. gadu vidū, padziļinoties enerģētikas krīzei. Tika aprēķināts, ka, sadedzinot vienu tonnu atkritumu, var iegūt 1300-1700 kW/h siltumenerģijas vai 300-550 kW/h elektroenerģijas.

Tieši šajā periodā Madridē, Berlīnē, Londonā, kā arī valstīs ar salīdzinoši nelielu platību un augstu iedzīvotāju blīvumu tika sākta lielo atkritumu sadedzināšanas iekārtu būvniecība. Līdz 1992. gadam pasaulē darbojās aptuveni 400 rūpnīcu, kas izmantoja cieto atkritumu sadedzināšanu, lai ražotu tvaiku un ražotu elektrību. Līdz 1996. gadam to skaits sasniedza 2400.

Mūsu valstī termiskā apstrāde Cietie atkritumi sākās 1972. gadā, kad astoņās PSRS pilsētās tika uzstādītas 10 pirmās paaudzes atkritumu sadedzināšanas iekārtas. Šajās iekārtās praktiski nebija gāzes attīrīšanas un gandrīz netika izmantots siltums. Šobrīd tie ir novecojuši un neatbilst mūsdienu vides prasībām. Šajā sakarā lielākā daļa šo rūpnīcu ir slēgtas, un pārējās tiek rekonstruētas.

Trīs šādi uzņēmumi tika uzcelti Maskavā. Atkritumu sadedzināšanas iekārta Nr.2 (MSZ-2) celta 1974.gadā, lai sadedzinātu nešķirotus cietos sadzīves atkritumus 73 tūkstošu tonnu apjomā gadā. Tam bija divas tehnoloģiskās līnijas, tostarp franču uzņēmuma KNIM katli un elektriskie nosūcēji.

Maskavas valdības lēmums rekonstruēt MSZ-2 prasīja rūpnīcas jaudas palielināšanu līdz 130 tūkstošiem tonnu atkritumu gadā, vienlaikus samazinot kaitīgo izmešu daudzumu. vidi un tādējādi uzlabojot vides stāvoklis uzņēmuma teritorijā. Šī uzdevuma veikšanai atkal tika piesaistīta franču kompānija KNIM, kurai bija jāizstrādā un jāpiegādā trīs modernizētas tehnoloģiskās līnijas ar jaudu 8,33 t/h sadedzinātu cieto atkritumu katrā.

Turklāt siltumu, kas iegūts, sadedzinot cietos sadzīves atkritumus, bija paredzēts izmantot elektroenerģijas ražošanai.

Pamatojoties uz rekonstruētās rūpnīcas pirmās kārtas, kas sastāv no divām ražošanas līnijām, darbības rezultātiem, var secināt, ka ir izpildītas visas augstāk minētās prasības, proti:

1. MSZ produktivitāte tika palielināta līdz 80 tūkstošiem tonnu cieto atkritumu gadā, un līdz ar trešās tehnoloģiskās līnijas nodošanu ekspluatācijā - līdz 130 tūkstošiem tonnu gadā.

2. Dioksīnu un furānu emisijas tika samazinātas līdz Eiropas standartiem (0,1 ng/nm3): pirmkārt, optimizējot atkritumu sadedzināšanu uz Martin režģa; otrkārt, palielinot katla kurtuves augstumu, kas nodrošina nepieciešamo divu sekunžu dūmgāzu aizturi temperatūrā virs 850°C dioksīnu sadalīšanai sadegšanas laikā radušos furānos; un, treškārt, sakarā ar aktīvās ogles ievadīšanu dūmgāzēs, kas absorbē sekundāri izveidotos dioksīnus.

3. Eiropas standarti dūmgāzu attīrīšanai no S02, HCl, HF tiek nodrošināti, pateicoties “pussausā” reaktora uzstādīšanai cieto atkritumu sadedzināšanas tehnoloģiskajā shēmā un no pūkām gatavota kaļķa piena ievadīšanai tajā cauri. smidzināšanas turbīna Augstas kvalitātes.

4. Uzstādot maisa filtru, tika panākta augsta dūmgāzu attīrīšanas pakāpe no viegliem pelniem un gāzu attīrīšanas produktiem: putekļu koncentrācija ir mazāka par 10 mg/nm3.

5. Pateicoties slāpekļa oksīda (NOx) slāpēšanas tehnoloģijas pielietojumam, ko izstrādājusi Valsts akadēmija vārdā nosaukta nafta un gāze. I.M.Gubkina, iegūtie rādītāji par to emisijām ir labāko ārvalstu paraugu līmenī (mazāk par 80 mg/nm3).

6. Ražotnes rekonstrukcijas laikā tika uzstādīti trīs turboģeneratori ar jaudu 1,2 MW katrs, kas nodrošināja tās darbību bez ārējās elektroapgādes, ar liekās enerģijas nodošanu pilsētas tīklā.

7. Vadība tehnoloģiskais process atkritumu sadedzināšanu veic operators no automatizētas darbstacijas. Automatizētā procesa vadības sistēma ir vienota sistēma rūpnīcas galvenā un palīgiekārtu kontrole un vadība.

2000. gadu sākumā Maskavā tika uzcelta principiāli jauna atkritumu sadedzināšanas iekārta Krievijai ar jaudu 300 tūkstoši tonnu cieto atkritumu gadā. Ražotne sastāv no nodaļām atkritumu sagatavošanai un šķirošanai, nepārstrādājamo cieto atkritumu sadedzināšanai, dūmgāzu attīrīšanai no kaitīgiem piemaisījumiem, pelnu un izdedžu pārstrāde, barošanas bloks un citas palīgnodaļas. Nepārstrādājamās atkritumu daļas pārstrādes rūpnīcas tehnoloģiskā shēma ietver trīs tehnoloģiskās līnijas ar verdošā slāņa krāsnīm, katliem ar jaudu 22-25 t/h, gāzes attīrīšanas iekārtu un divām turbīnām pa 6 MW katra.

Ražotnē ieviesta cieto atkritumu manuālā un mehāniskā šķirošana un to drupināšana. Tehnoloģija ļauj, pirmkārt, atlasīt tai vērtīgas izejvielas pārstrāde, otrkārt, atlasīt atkritumu pārtikas frakciju turpmākai kompostēšanai; treškārt, izvēlieties izejvielas, kas pārstāv vides apdraudējums kad sadedzina; un, visbeidzot, uzlabot sadedzināšanai paredzēto izejvielu termiskos un ekoloģiskos raksturlielumus. Pateicoties šim preparātam, cieto atkritumu zemākā siltumspēja sasniedz 9 MJ/kg, un pēc pelnu, mitruma, sēra un slāpekļa satura raksturlielumi praktiski atbilst Maskavas tuvumā esošo brūnogļu īpašībām.

Taču jāņem vērā, ka sadzīves atkritumu sadedzināšanas stacijās izmantotie zemie tvaika parametri būtiski samazina elektroenerģijas ražošanas specifiskos rādītājus salīdzinājumā ar tvaika elektrostacijām. Līdzīgu jaudas un tvaika parametru izmantošanu atkritumu sadedzināšanas iekārtās ierobežo izejmateriāla īpašības: vienreizēja degviela, zema pelnu kušanas temperatūra un degšanas laikā radušos dūmgāzu korozijas īpašības.

Ievērojamu cieto atkritumu kā kurināmā izmantošanas efektivitātes pieaugumu elektroenerģijas ražošanai un specifisku rādītāju sasniegšanu tuvu komerciāli izmantojamām termoelektrostacijām acīmredzot var panākt, daļēji aizstājot energodegvielu ar sadzīves atkritumiem.

Tādā gadījumā, dedzinot brūnogles termoelektrostacijās, vēlams izmantot priekškrāsnis cieto sadzīves atkritumu sadedzināšanai ar priekškrāsnī radušos dūmgāzu virzienu esošā katla bloka sadedzināšanas telpā. Dedzinot dabasgāzi termoelektrostacijās, ieteicams izmantot cieto atkritumu gazifikācijas iekārtu ar sekojošu iegūtā produkta - gāzes attīrīšanu un tās sadedzināšanu katlu krāsnīs, kas darbojas dabasgāze. Termoelektrostacijās izmantotā tvaika elektrostacija, kas izmantota gadiem ilgi, ir saglabāta sākotnējā formā.

Tas ir, ir ierosināts izstrādāt kombinētu (integrētu) termoelektrostaciju izkārtojumu sadedzināšanai dabīgā degviela un cietie sadzīves atkritumi. Cieto atkritumu īpatsvars siltuma izteiksmē var būt aptuveni 10% no katla siltuma jaudas. Šajā gadījumā, tikai palielinoties tvaika parametriem un palielinātai katlu un turbīnu jaudai, sadzīves atkritumu izmantošanas efektivitāte palielināsies 2-3 reizes.

Būtiski ekonomiskais efekts var iegūt, samazinot kapitālieguldījumus, izmantojot esošo infrastruktūru termoelektrostacijās un samazinot izmaksas gāzes attīrīšanas iekārtām.

Svarīgs ekonomiskais faktors tas arī ir enerģijas degviela, tai skaitā brūnogles, kuru enerģētiskie rādītāji ir gandrīz līdzvērtīgi cietajiem sadzīves atkritumiem, ir jāiegādājas, bet cietie atkritumi, gluži pretēji, tiek pieņemti ar naudas piemaksu.

Lai atrisinātu ierobežotā fosilā kurināmā problēmu, pētnieki visā pasaulē strādā, lai radītu un komercializētu alternatīvus enerģijas avotus. UN mēs runājam par ne tikai par labi zināmajām vēja turbīnām un saules paneļiem. Gāzi un naftu var aizstāt ar enerģiju no aļģēm, vulkāniem un cilvēku pēdām. Recycle ir atlasījis desmit interesantākos un videi draudzīgākos nākotnes enerģijas avotus.

Džūli no turniketiem

Tūkstošiem cilvēku katru dienu iziet cauri turniketiem pie ieejas dzelzceļa stacijās. Uzreiz vairāki pētniecības centri visā pasaulē nāca klajā ar ideju izmantot cilvēku plūsmu kā inovatīvu enerģijas ģeneratoru. Japānas uzņēmums East Japan Railway Company nolēma katru turniketu dzelzceļa stacijās aprīkot ar ģeneratoriem. Uzstādīšana notiek dzelzceļa stacijā Tokijas Shibuya rajonā: pjezoelektriskie elementi ir iebūvēti grīdā zem turniketiem, kas ģenerē elektrību no spiediena un vibrācijas, ko tie saņem, kad cilvēki uzkāpj uz tiem.

Vēl viena “enerģijas turniketa” tehnoloģija jau tiek izmantota Ķīnā un Nīderlandē. Šajās valstīs inženieri nolēma izmantot nevis pjezoelektrisko elementu presēšanas efektu, bet gan turniketa rokturu vai turniketa durvju stumšanas efektu. Holandes uzņēmuma Boon Edam koncepcija paredz standarta durvju nomaiņu pie ieejas iepirkšanās centri(kas parasti darbojas uz fotoelementu sistēmas un paši sāk griezties) uz durvīm, kuras apmeklētājam ir jāspiež un tādējādi jāražo elektrība.

Šādas ģeneratora durvis jau parādījušās Nīderlandes centrā Natuurcafe La Port. Katrs no tiem saražo aptuveni 4600 kilovatstundu enerģijas gadā, kas pirmajā mirklī var šķist nenozīmīgs, taču kalpo kā labs piemērs alternatīvai elektroenerģijas ražošanas tehnoloģijai.

Tūkstošiem tonnu atkritumu katru dienu tiek izmesti, piesārņojot mūsu planētu. Lai labotu esošo situāciju, tiek radītas dažādas atkritumu izejvielu pārstrādes tehnoloģijas. Daudzi produkti tiek nosūtīti uz sekundārā ražošana, kur no tiem tiek radīti jauni produkti. Šādi paņēmieni ļauj ietaupīt izmaksas, iegādājoties jaunas izejvielas, gūt papildu ienākumus no pārdošanas, kā arī ļauj attīrīt pasauli no atkritumu komponentiem.

Ir metodes, ar kurām var ne tikai radīt otrreiz pārstrādājamus materiālus, bet arī tās ir vērstas uz enerģijas iegūšanu no atkritumiem. Šiem nolūkiem tiek izstrādāti specializēti mehānismi, pateicoties kuriem tiek radīti siltumresursi un elektroenerģija.

Izstrādātas ierīces, kas vienu tonnu kaitīgāko atkritumu spēj pārvērst 600 kW elektroenerģijas. Līdz ar to parādās 2 Gcal siltumenerģijas. Šīs vienības šobrīd ir ļoti pieprasītas, jo tiek uzskatīts, ka tas ir visrentablākais un ātrāk atmaksājies ieguldījums.

Šādi mehānismi ir dārgi, bet investīcijas finanšu resursi nodrošināt turpmākus materiālu ietaupījumus un ievērojamus ienākumus no peļņas, pārdodot enerģiju. Ieguldītā summa tiks atmaksāta daudzkārt ar saņemtajiem ienākumiem.

Ir vairāki veidi, kā atkritumi tiek pārvērsti enerģijā.

— Degšana

To uzskata par populārāko cieto atkritumu apglabāšanas metodi, kas tiek izmantota kopš 19. gadsimta. Šī metodeļauj ne tikai samazināt atkritumu apjomu, bet arī nodrošina palīgenerģijas resursus, ko var izmantot apkures sistēmā, kā arī elektroenerģijas ražošanā. Šai tehnoloģijai ir trūkumi, kas ietver kaitīgu komponentu izdalīšanos vidē.

Dedzinot cietos atkritumus, veidojas līdz 44% pelnu un gāzes produktu. UZ gāzveida vielas var ietvert oglekļa dioksīdu ar ūdens tvaikiem un visa veida piemaisījumiem. Sakarā ar to, ka degšana notiek plkst temperatūras apstākļi 800-900 grādos, tad iegūtais gāzu maisījums satur organiskos savienojumus.

— Termoķīmiskā tehnoloģija

Šai metodei ir liela summa priekšrocības salīdzinājumā ar iepriekšējo versiju. Priekšrocības ietver paaugstinātu efektivitāti piesārņojuma novēršanā apkārtējā atmosfēra. Tas ir saistīts ar faktu, ka šīs tehnoloģijas izmantošana nav saistīta ar bioloģiski aktīvo komponentu ražošanu, tādējādi netiek nodarīts kaitējums videi.

Radītie atkritumi ir apveltīti ar augstu blīvumu, kas liecina par atkritumu masas apjoma samazināšanos, kas pēc tam tiek nosūtīta apglabāšanai speciāli šim nolūkam aprīkotos poligonos. Ir arī vērts atzīmēt, ka tehnika dod tiesības apstrādāt lielāku skaitu izejvielu šķirņu. Pateicoties tam, ir iespējams mijiedarboties ne tikai ar cietām variācijām, bet arī ar riepām, polimēru komponentiem un atkritumeļļām ar iespēju no ogļūdeņraža elementiem iegūt degvielas produktu kuģiem. Tā ir būtiska priekšrocība, jo ražotajiem naftas produktiem ir raksturīga paaugstināta likviditāte un augsta cenu zīme.

Negatīvās īpašības ietver izdevumus tehnoloģisko vienību iegādei un paaugstinātas prasības otrreiz pārstrādājamo materiālu kvalitātei. Pārstrādājamo materiālu apstrādes mehānismu izmaksas ir augstas, kas simbolizē lielās uzņēmuma aprīkojuma izmaksas.

— fizikāli ķīmiskās metodes

Šis ir vēl viens process, kas ražo enerģiju no atkritumiem. Pateicoties šai manipulācijai, ir iespējams pārvērst atkritumu maisījumu biodīzeļdegvielas produktā. Atkritumu materiālus ir ierasts izmantot kā atvasinātu materiālu. augu eļļas un dažāda veida dzīvnieku vai augu izcelsmes tauku pārstrāde.

— Bioķīmiskās metodes

Ar to palīdzību, pateicoties baktērijām, ir iespējams pārveidot organiskas izcelsmes sastāvdaļas siltumenerģijā un elektrībā. Biogāzes ieguve un izmantošana, kas rodas cieto atkritumu dabisko sastāvdaļu sadalīšanās laikā, visbiežāk tiek izmantota tieši apglabāšanas vietā. Visas darbības tiek veiktas reaktorā, kur ir īpašas baktēriju šķirnes, kas ar biogāzi pārvērš organiskās vielas etanolā.

Atkritumi uz enerģiju

Starptautiskajā izstādē Wasma visi interesenti varēs uzzināt vairāk par otrreizējās pārstrādes pasauli un iegādāties sev atbilstošu aprīkojumu. Objektā tiks prezentēts viss ierīču klāsts, ar kurām var iegūt enerģijas avotus no atkritumiem.

Apmeklētāji saņem unikālas iespējas:

• gūt izdevīgs piedāvājums no slaveni uzņēmumi. Visi preču zīmes ir vērsti uz abpusēji izdevīgu sadarbību un klientu bāzes paplašināšanu.
• Iepazīstieties ar vairākām produktu modifikācijām vienlaikus, izpētiet tās specifikācijas un salīdzināt rādītājus. Ja nepieciešams, varat saņemt profesionālu padomu visos jautājumos, kas rodas.
• Sazinieties ar servisa organizācijām, kas nodarbojas ar nodošanu ekspluatācijā un apkopi.
• Iegādājieties jaunas ierīces vai atrodiet nepieciešamās sastāvdaļas esošajām iekārtām. Pasākumā tiks demonstrēta ne tikai tehnika, bet arī visas normālai funkcionēšanai nepieciešamās sastāvdaļas.

Vietne ieinteresēs viesus no dažādām darbības jomām, jo ​​enerģijas resursi tiek iegūti no sadzīves vai rūpniecības atkritumiem, kā arī tiek izmantoti lauksaimniecības atkritumi, kā arī medicīnas un naftas ķīmijas rūpniecības produkti. Dedzinot šādu atkritumu masu, kopā ar pirolīzes gāzi veidojas biogāze. Izstādē būs apskatāmas šādām aktivitātēm paredzētas ierīces, ko mēdz dēvēt par pirolīzes kompleksiem.

Enerģijas saņemšana no dzīvām būtnēm daudziem raisa primitīvas asociācijas – ar zirgu, kas nes kravu, vai kāmi, kas caur savu riteni griež mazu dinamo. Kāds cits atcerēsies skolas pieredzi ar apelsīnā iespraustiem elektrodiem, veidojot tādu kā “dzīvu bateriju”... Taču šajā ziņā daudz efektīvāks ir mūsu krietni mazāko “brāļu” - baktēriju darbs!

"Atkritumu problēma" globālā mērogā ir daudz nozīmīgāka, nekā varētu šķist vidusmēra cilvēkam, neskatoties uz to, ka tā nav tik acīmredzama kā citas vides šausmas, par kurām viņiem patīk runāt dažāda veida "skandālos-sensācijās". izmeklēšanas”. 26 miljoni tonnu gadā - tā ir tikai Maskava un tikai sadzīves atkritumi! Un pat ja visu cītīgi šķirosim un pēc tam pārstrādāsim, organisko atkritumu daudzums nesamazināsies, jo tie veido aptuveni 70% no visiem cilvēces radītajiem atkritumiem. Un jo attīstītāka valsts ekonomika, jo vairāk tajā ir organisko sadzīves atkritumu. Nekāda veida apstrāde nevar uzvarēt šo biedējošo masu. Bet bez sadzīves atkritumiem ir milzīgi apjomi rūpnieciskie atkritumi - notekūdeņi, pārtikas ražošanas atkritumi. Tie satur arī ievērojamu organisko vielu daudzumu.

Daudzsološs virziens cīņā pret organiskie atkritumi kas pārņem planētu, ir mikrobioloģija. Ko cilvēki nepabeidz ēst, mikrobi pabeidz ēst Pats princips ir zināms jau sen. Tomēr šodien problēma ir tā efektīva izmantošana, pie kuras zinātnieki turpina strādāt. Pusapēstu hamburgeru burciņā mikrobiem ir viegli “pabarot”! Bet ar to nepietiek. Mums ir vajadzīga tehnoloģija, kas ļaus baktērijām ātri un produktīvi apstrādāt tūkstošiem un miljoniem tonnu atkritumu bez papildu izmaksām, bez dārgām konstrukcijām un katalizatoriem, kuru izmaksas noliedz galīgo koeficientu noderīga darbībašo procesu. Diemžēl lielākā daļa tehnoloģiju, kurās atkritumu apstrādei izmanto baktērijas, mūsdienās ir vai nu nerentablas, neproduktīvas vai grūti pielāgojamas.

Piemēram, viena no labi zināmajām un attīstītajām tehnoloģijām atkritumu pārstrādei, izmantojot baktērijas, ir daudziem ārvalstu lauksaimniekiem pazīstamā biogāzes ražošanas metode. Kūtsmēsli tiek sapuvuši, izmantojot mikrobus, kas izdala metānu, kas tiek savākts milzīgā burbuļmaisā. Sistēma darbojas un ražo gāzi, kas piemērota vienas un tās pašas saimniecības apkurei, izmantojot elektrību, kas saražota ar gāzes turbīnas ģeneratoru vai tieši sadedzinot. Bet šādu kompleksu nevar mērogot tikai tehnoloģiski. Piemērots fermai vai ciemam, priekš liela pilsēta- vairs ne. Turklāt atšķirībā no kūtsmēsliem pilsētas atkritumos ir daudz toksisku komponentu. Šie toksiskas vielas nonāk gāzes fāzē tāpat kā noderīgs metāns, un gala “maisījums” izrādās ļoti piesārņots.

Tomēr zinātne nestāv uz vietas - viena no daudzsološākajām tehnoloģijām, kas šobrīd interesē zinātniekus visā pasaulē (ieskaitot, iespējams, arī bēdīgi slavenās Lielbritānijas), ir tā saukto “elektrību ražojošo baktēriju” izmantošana. viens no labākajiem atkritumu ēdājiem, vienlaikus ražojot elektrību no šī cilvēka viedokļa nepatīkamā procesa. Uz šādas baktērijas šūnas membrānas virsmas atrodas proteīns, ko sauc par citohromu, uz kura veidojas elektriskais lādiņš. Metabolisma procesa laikā baktērija “izmet” elektronu uz savas šūnas virsmas un ģenerē nākamo – un tā atkal un atkal. Mikroorganismi ar šādām īpašībām (piemēram, ģeobaktērijas) ir zināmi jau sen, bet praktisks pielietojums viņu elektriskās spējas netika atrastas.

Ko dara mikrobiologi? Andrejs Šestakovs, Maskavas Valsts universitātes Bioloģijas fakultātes Mikrobioloģijas katedras pētnieks un Mikrobu biotehnoloģijas laboratorijas vadītājs, pastāstīja Computerra:

“Mēs ņemam elektrodu-anodu, pārklājam tā virsmu ar elektroķīmisko mikroorganismu šūnām, ievietojam ūdeņraža vietā barības barotnē, kas mums ir jāapstrādā (atkritumi, “atkritumu šķīdums” - vienkāršības labad iztiksim bez detaļām), un laikā. šo šūnu vielmaiņu mēs no katra saņemsim elektronus un protonus no tām.

Tad viss ir tāpat kā parastajā kurināmā elementā - šūna atsakās no elektrona un protona, protoni caur protonu apmaiņas membrānu tiek nosūtīti uz katoda kameru uz šīs baterijas otro elektrodu, pievienojot skābekli no gaisa “plkst. izplūdes caurule” mēs iegūstam ūdeni, un mēs noņemam elektrību ārējai ķēdei. To sauc par mikrobu kurināmā elementu.

Ir lietderīgi atcerēties, kā darbojas un darbojas klasiskā ūdeņraža-skābekļa kurināmā šūna. Divi elektrodi, anods un katods (piemēram, ogleklis un pārklāti ar katalizatoru - platīnu), atrodas noteiktā traukā, sadalīti divās daļās ar protonu apmaiņas membrānu. Mēs piegādājam anodam ūdeņradi no ārēja avota, kas disociējas uz platīna un atbrīvo elektronus un protonus. Membrāna neļauj elektroniem iziet cauri, bet spēj ļaut iziet cauri protoniem, kas pāriet uz citu elektrodu – katodu. Mēs arī piegādājam katodam skābekli (vai tikai gaisu) no ārēja avota, un tas rada reakcijas atkritumus - tīrs ūdens. Elektrība tiek noņemta no katoda un anoda un tiek izmantota paredzētajam mērķim. Ar dažādām variācijām šis dizains tiek izmantots elektriskajos transportlīdzekļos un pat pārnēsājamos sīkrīkos viedtālruņu uzlādēšanai prom no kontaktligzdas (tādus, piemēram, ražo Zviedrijas uzņēmums Powertrekk).

Mazā traukā uzturvielu barotnē ir anods ar mikrobiem. To no katoda atdala no Nafion izgatavota protonu apmaiņas membrāna - ar šo zīmolu šo materiālu ražo BASF, kas ne tik sen visiem bija pazīstams ar savām audio kasetēm. Lūk, elektrība, ko patiesībā rada dzīvi mikrobi! Laboratorijas prototipā no tā caur impulsu pārveidotāju iedegas viena gaismas diode, jo LED aizdegšanai nepieciešami 2-3 volti - mazāk nekā MFC ražo. Lai gan pa putekļainiem un mežonīgiem gaiteņiem nokļūt Maskavas Valsts universitātes mikrobu biotehnoloģijas laboratorijā dziļajā pagrabā, tā nepavisam nav padomju laika pirmsūdens zinātniskā aprīkojuma krātuve, kā tas ir ar lielāko daļu pašmāju zinātne mūsdienās, bet ir labi aprīkota ar modernām importētām iekārtām.

Tāpat kā jebkurš degvielas vai galvaniskais elements, MFC rada nelielu spriegumu - apmēram vienu voltu. Strāva tieši atkarīga no tā izmēriem - jo lielāka, jo augstāka. Tāpēc iekšā rūpnieciskā mērogā Tiek pieņemts diezgan liela izmēra instalācijas, kas virknē savienotas baterijās.

Pēc Šestakova teiktā, attīstība šajā jomā sākās apmēram pirms pusgadsimta:

"Mikrobu ģeneratorus" NASA sāka nopietni pētīt sešdesmitajos gados ne tik daudz kā enerģijas ražošanas tehnoloģiju, bet gan kā efektīvais princips atkritumu pārstrāde slēgtā telpā kosmosa kuģis(arī toreiz iespēju robežās centās sargāt kosmosu no gruvešiem, nekaunīgi turpinot piesārņot Zemi...!) Bet tehnoloģija dzima un pēc tam tā faktiski palika komas stāvoklī daudzus gadus, maz cilvēku vajadzēja tas patiesībā. Tomēr pirms 4-5 gadiem tas saņēma otro vēju - jo pēc tā bija ievērojama vajadzība, ņemot vērā miljoniem tonnu atkritumu, kas piegružo mūsu planētu, kā arī dažādu saistīto tehnoloģiju attīstību, kas, iespējams, rada iespējams padarīt mikrobu kurināmā elementus par nelaboratoriski eksotisku “darbvirsmas formātu”, bet reālas industriālas sistēmas, kas ļauj pārstrādāt ievērojamus organisko atkritumu apjomus.

Mūsdienās Krievijas notikumi MFC jomā ir Maskavas Valsts universitātes Bioloģijas fakultātes un Skolkovas iedzīvotāja uzņēmuma M-Power World kopīgu pūliņu rezultāts, kas saņēma dotāciju šādiem pētījumiem un nodeva ārpakalpojumu mikrobioloģisko izstrādi specializētiem speciālistiem. , tas ir, mums. Mūsu sistēma jau darbojas un ražo reālu strāvu - pašreizējo pētījumu uzdevums ir izvēlēties visefektīvāko baktēriju un apstākļu kombināciju, kādos MTC varētu veiksmīgi palielināt rūpnieciskos apstākļos un sākt izmantot atkritumu pārstrādes un pārstrādes rūpniecībā. ”

Pagaidām netiek runāts par to, ka MFC stacijas būtu līdzvērtīgas jau pārbaudītajiem tradicionālajiem enerģijas avotiem. Tagad zinātnieku pirmā prioritāte ir bioloģisko atkritumu efektīva pārstrāde, nevis enerģijas iegūšana. “Tieši tā sagadījās”, ka tieši elektrību ražojošās baktērijas ir “rijīgākās” un līdz ar to arī visefektīvākās. Un elektrība, ko tie ražo darbības laikā, patiesībā ir blakusprodukts. To vajag ņemt no baktērijām un “sadedzināt”, radot kaut kādu noderīgs darbs lai bioprocess noritētu pēc iespējas intensīvāk. Pēc aprēķiniem izrādās, ka pietiks, lai atkritumu pārstrādes rūpnīcas, kuru pamatā ir mikrobu kurināmā elementi, darbotos bez ārējiem enerģijas avotiem.

Tomēr Šestakova laboratorijā viņi īsteno ne tikai “atkritumu” virzienu, bet arī citu - tīri enerģētisko. Nedaudz cita veida bioģeneratoru sauc par “bioreaktora kurināmā elementu” - tas ir veidots uz citiem principiem nekā MFC, taču vispārējā ideoloģija par strāvas saņemšanu no dzīviem organismiem, protams, saglabājas. Un tagad tas jau ir vērsts galvenokārt uz enerģijas ražošanu kā tādu.

Interesanti ir tas, ka, lai gan daudzi zinātnieki visā pasaulē šobrīd pēta mikrobu kurināmā elementus kā līdzekli atkritumu iznīcināšanai, kurināmā elementi tiek pētīti tikai Krievijā. Tāpēc nebrīnieties, ja kādreiz vadi no jūsu mājas kontaktligzdas vedīs nevis uz parastajām hidroelektrostacijas turbīnām, bet gan uz atkritumu bioreaktoru.

Biogāze ir dārza auglības avots. No kūtsmēslos esošajiem nitrītiem un nitrātiem, kas saindē jūsu ražu, tiek iegūts tīrs slāpeklis, kas ir tik nepieciešams augiem. Apstrādājot kūtsmēslus iekārtā, nezāļu sēklas iet bojā, un, mēslojot dārzu ar metāna plūstošo vielu (iekārtā apstrādāti kūtsmēsli un organiskie atkritumi), jūs pavadīsit daudz mazāk laika ravēšanai.

Biogāze – ienākumi no atkritumiem. Pārtikas atkritumi un kūtsmēsli, kas uzkrājas saimniecībā, ir bezmaksas izejviela biogāzes stacijai. Pēc atkritumu pārstrādes jūs saņemat uzliesmojoša gāze, kā arī augstas kvalitātes mēslojumu (humīnskābes), kas ir galvenās chernozem sastāvdaļas.

Biogāze nozīmē neatkarību. Jūs nebūsiet atkarīgs no ogļu un gāzes piegādātājiem. Jūs arī ietaupāt naudu par šiem degvielas veidiem.

Biogāze ir atjaunojams enerģijas avots. Metānu var izmantot zemnieku un zemnieku saimniecību vajadzībām: ēdiena gatavošanai; ūdens sildīšanai; māju apkurei (ar pietiekamu daudzumu izejvielu - bioatkritumiem).

Cik daudz gāzes var iegūt no viena kilograma kūtsmēslu? Pamatojoties uz to, ka viena litra ūdens uzvārīšanai tiek patērēti 26 litri gāzes:

Ar vienu kilogramu liellopu kūtsmēslu var uzvārīt 7,5-15 litrus ūdens;

Izmantojot vienu kilogramu cūku kūtsmēslu - 19 litri ūdens;

Izmantojot vienu kilogramu putnu izkārnījumu - 11,5-23 litri ūdens;

Ar vienu kilogramu pulsa salmu var uzvārīt 11,5 litrus ūdens;

Izmantojot vienu kilogramu kartupeļu galotņu – 17 litri ūdens;

Viens kilograms tomātu galotņu saražo 27 litrus ūdens.

Biogāzes nenoliedzamā priekšrocība ir decentralizēta elektroenerģijas un siltuma ražošana.

Papildus enerģijas pārveidošanas procesam biokonversijas process ļauj atrisināt vēl divas problēmas. Pirmkārt, raudzēti kūtsmēsli, salīdzinot ar normāla lietošana, palielina kultūraugu ražu par 10-20%. Tas izskaidrojams ar to, ka anaerobās apstrādes laikā notiek mineralizācija un slāpekļa fiksācija. Ar tradicionālajām gatavošanas metodēm organiskie mēslošanas līdzekļi(kompostējot) slāpekļa zudumi ir 30-40%. Kūtsmēslu anaerobā apstrāde četrkāršojas, salīdzinot ar neraudzētiem kūtsmēsliem, palielina amonjaka slāpekļa saturu (20-40% slāpekļa nonāk amonija formā). Asimilējamā fosfora saturs dubultojas un veido 50% no kopējā fosfora.

Turklāt fermentācijas laikā nezāļu sēklas, kuras vienmēr ir kūtsmēslos, pilnībā iet bojā, tiek iznīcinātas mikrobu asociācijas un helmintu oliņas, un tiek neitralizēta nepatīkamā smaka, t.i. tiek sasniegts šodien aktuālais vides efekts.

3. Ūdens attīrīšanas atkritumu enerģijas izmantošana kombinācijā ar fosilo kurināmo.

Valstīs Rietumeiropa Jau vairāk nekā 20 gadus esam aktīvi nodarbojušies ar praktiskiem risinājumiem ūdens attīrīšanas iekārtu atkritumu izvešanas problēmai.

Viena no izplatītākajām WWS pārstrādes tehnoloģijām ir to izmantošana lauksaimniecībā kā mēslojums. Viņas daļa kopējais skaits TSA svārstās no 10% Grieķijā līdz 58% Francijā ar vidēji 36,5%. Neskatoties uz šāda veida atkritumu izvešanas popularizēšanu (piemēram, saskaņā ar ES regulu 86/278/EK), tas zaudē savu pievilcību, jo lauksaimnieki baidās no atkritumu uzkrāšanās savos laukos. kaitīgās vielas. Šobrīd vairākās valstīs atkritumu izmantošana lauksaimniecībā ir aizliegta, piemēram, Holandē kopš 1995. gada.

Trešajā vietā pēc atkritumu apglabāšanas apjoma (10,8%) ir ūdens attīrīšanas atkritumu sadedzināšana. Saskaņā ar prognozi nākotnē tās īpatsvars pieaugs līdz 40%, neskatoties uz šīs metodes relatīvi augstajām izmaksām. Atrisinās dūņu dedzināšana katlos vides problēma kas saistīti ar tā uzglabāšanu, to dedzinot iegūt papildu enerģiju un līdz ar to samazināt nepieciešamību pēc degvielas un energoresursiem un investīcijām. Ir vēlams izmantot pusšķidros atkritumus enerģijas ražošanai termoelektrostacijās kā piedevu fosilajam kurināmajam, piemēram, oglēm.

Ir divas visizplatītākās Rietumu tehnoloģijas notekūdeņu sadedzināšanai:

Atsevišķa sadedzināšana (sadedzināšana šķidrā verdošā slānī (FLB) un daudzpakāpju krāsnīs);

Līdzsadedzināšana (esošajās ogļu spēkstacijās vai cementa un asfalta rūpnīcās) .

Starp atsevišķas sadedzināšanas metodēm visveiksmīgāk tiek izmantotas kurtuves ar LCS. Šādas tehnoloģijas ļauj nodrošināt stabilu degvielas sadegšanu ar augstu minerālkomponentu saturu, kā arī samazināt sēra oksīdu saturu izplūdes gāzēs, sadegšanas procesā tos saistot ar kurināmā esošiem kaļķakmeniem vai sārmzemju metāliem. pelni.

Mēs mācījāmies septiņus alternatīvas iespējas dūņu iznīcināšana Notekūdeņi, kas balstās gan uz jaunām netradicionālām tehnoloģijām, kas izstrādātas, pamatojoties uz Krievijas vai Eiropas pieredzi un kurām nav praktiskas pielietošanas, gan arī uz pilnīgām “nolikto atslēgu” tehnoloģijām:

1. Sadedzināšana ciklona krāsnī, kuras pamatā ir esošās, bet neizmantotās notekūdeņu attīrīšanas iekārtu bungu žāvēšanas krāsnis ( Krievijas tehnoloģija- "Tekhenergokhimprom", Berdska);

2. Sadedzināšana ciklona krāsnī uz esošiem, bet nelietotiem attīrīšanas iekārtu bungu katliem (Krievijas tehnoloģija - Sibtekhenergo, Novosibirska un Bijskenergomaša, Barnaula);

3. Atsevišķa sadedzināšana jauna tipa daudzpakāpju krāsnī ( rietumu tehnoloģija- NESA, Beļģija);

4. Atsevišķa sadedzināšana jauna tipa verdošā slāņa krāsnī (Rietumu tehnoloģija - “Segher” (Beļģija);

5. Atsevišķa dedzināšana jaunā ciklona krāsnī (Rietumu tehnoloģija - Steinmuller (Vācija);

6. Līdzsadedzināšana esošā ogļu termoelektrostacijā; žāvētu atkritumu uzglabāšana glabātavā.

7. variants paredz, ka pēc žāvēšanas mitruma saturs ir līdz 10 % un termiskā apstrāde, ūdens attīrīšanas atkritumi 130 tūkstošu tonnu apjomā gadā ir bioloģiski droši un tiks uzglabāti attīrīšanas iekārtām blakus esošajās platībās. Tajā tika ņemta vērā slēgtas ūdens attīrīšanas sistēmas izveide ūdens attīrīšanas iekārtās ar iespēju to paplašināt, palielinoties pārstrādājamo atkritumu apjomam, kā arī nepieciešamība izbūvēt atkritumu apgādes sistēmu. Šīs iespējas izmaksas ir salīdzināmas ar atkritumu sadedzināšanas iespējām.

SECINĀJUMS

Viens no galvenajiem uzdevumiem attīstītas valstis ir racionāla un ekonomiska enerģijas izmantošana. Īpaši tas attiecas uz mūsu valsti, kur ir sarežģīta situācija ar degvielu un energoresursiem. Augsto cenu un ierobežoto naftas, gāzes un ogļu rezervju dēļ rodas papildu energoresursu atrašanas problēma.

Viens no efektīvākajiem enerģijas iegūšanas veidiem nākotnē varētu būt cieto sadzīves atkritumu izmantošana par kurināmo. Cieto atkritumu sadedzināšanas rezultātā iegūtā siltuma izmantošana ir paredzēta elektroenerģijas ražošanai.

No atjaunojamiem enerģijas avotiem, kuru pamatā ir lauksaimniecības atkritumi, biomasa ir viens no daudzsološajiem un videi draudzīgākajiem minerālo kurināmo aizstājējiem enerģijas ražošanā. Biogāzes stacijās kūtsmēslu un atkritumu anaerobās apstrādes rezultātā iegūto biogāzi var izmantot lopkopības ēku, dzīvojamo ēku, siltumnīcu apsildīšanai, enerģijas iegūšanai ēdiena gatavošanai, lauksaimniecības produktu žāvēšanai ar karstu gaisu, ūdens sildīšanai un elektroenerģijas ražošanai, izmantojot gāzes ģeneratorus. . Kopējais enerģijas potenciāls lopkopības atkritumu izmantošanai, pamatojoties uz biogāzes ražošanu, ir ļoti liels un var apmierināt gada pieprasījumu Lauksaimniecība siltumenerģijā.

Ir vēlams izmantot pusšķidros ūdens attīrīšanas atkritumus, lai ražotu enerģiju termoelektrostacijās kā piedevu fosilajam kurināmajam, piemēram, oglēm.

BIBLIOGRĀFIJA

1. Bobovičs B.B., Ryvkins M.D. Biogāzes tehnoloģija lopkopības atkritumu pārstrādei / Maskavas Valsts rūpniecības universitātes biļetens. 1999. gada nr.1.

2. Shen M. Compogaz - bioatkritumu fermentācijas metode / “Metronome”, Nr. 1-2, 1994, 41. lpp.

3. Atkritumu izmantošanas enerģijas potenciāla novērtējums Novosibirskas apgabals: Energoefektivitātes institūts. - http://www.rdee.msk.ru.

4. Fedorovs L., Majakins A. Termiskā elektrostacija plkst sadzīves atkritumi/ “Jaunās tehnoloģijas”, Nr.6 (70), 2006. gada jūnijs