Содержание

Введение
Глава 1. Производство биогаза
1.1. Особенности биогазового топлива
1.2. Факторы, влияющие на производство биогаза
Глава 2. Установки для получения биогаза
2.1. Производственные схемы получения биогаза
2.2. Системы хранения биогаза
Глава 3. Развитие биогазовых технологий в России
Глава 4. Индивидуальное задание. Биотехнологический способ очистки нефтяных шламов
4.1. Введение
4.2. Классификация и особенности нефтешламов
4.3. Биотехнологическая очистка углеводородов нефти
Заключение
Список использованных источников

Внимание!

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Введение

Метановое «брожение», или биометаногенез, – давно  известный процесс превращения  биомассы в энергию. Он был открыт в 1776 г. Вольтой, который установил  наличие метана в болотном газе. Биогаз, получающийся в ходе этого процесса, представляет собой смесь из 65% метана, 30% углекислого газа, 1% сероводорода (Н2S) и незначительных количеств азота, кислорода, водорода и закиси углерода. Болотный газ дает пламя синего цвета и не имеет запаха. Его бездымное горение причиняет гораздо меньше неудобств людям по сравнению со сгоранием дров, навоза жвачных животных или кухонных отбросов. Энергия, заключенная в 28 м3 биогаза, эквивалентна энергии 16,8 м3 природного газа, 20,8 л нефти или 18,4 л дизельного топлива.

Биометаногенез  осуществляется в три этапа: растворение  и гидролиз органических соединений, ацидогенез и метаногенез. В энергоконверсию  вовлекается только половина органического  материала—1800 ккал/кг сухого вещества по сравнению с 4000 ккал при термохимических процессах, но остатки, или шлаки, метанового «брожения» используются в сельском хозяйстве как удобрения. В процессе биометаногенеза участвуют три группы бактерий. Первые превращают сложные органические субстраты в масляную, пропионовую и молочную кислоты; вторые превращают эти органические кислоты в уксусную кислоту, водород и углекислый газ, а затем метанообразующие бактерии восстанавливают углекислый газ в метан с поглощением водорода, который в противном случае может ингибировать уксуснокислые бактерии. В 1967 г. Брайант и др. установили, что уксуснокислые и метанообразующие микроорганизмы образуют симбиоз, который ранее считался одним микробом и назывался Methanobacillus omelianskii.

Для всех метанобактерий характерна способность к росту в присутствии водорода и углекислого газа, а также высокая чувствительность к кислороду и ингибиторам производства метана. В природных условиях метанобактерии тесно связаны с водородобразующими бактериями: эта трофическая ассоциация выгодна для обоих типов бактерий. Первые используют газообразный водород, продуцируемый последними; в результате его концентрация снижается и становится безопасной для водородобразующих бактерий.

Отходы пищевой промышленности сельскохозяйственного производст-ва характеризуются высоким содержанием углерода (в случае перегонки свеклы на 1 л отходов приходится до 50 г углерода), поэтому они лучше всего подходят для метанового «брожения», тем более, что некоторые из них получаются при температуре, наиболее благоприятной для этого процесса. Желательно перемешивать суспензию сбраживаемых веществ, чтобы воспрепятствовать расслаиванию, которое подавляет брожение. Твердый материал необходимо раздробить, так как наличие крупных комков препятствует образованию метана. Обычно длительность переработки навоза крупного рогатого скота составляет две—четыре недели. Двухнедельной переработки при температуре 35° С достаточно, чтобы убить все патогенные энтеробактерии и энтеровирусы, а также 90% популяции Ascaris lumbricoides и Ancylostoma.

Биогаз – это газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной  ферментации органических веществ самого разного происхождения, при температуре 30-370С. В этих условиях под действием имеющихся в биомассе бактерий часть органических веществ разлагается с образованием метана (60-70%), углекислого газа (30-40%), небольшого количества сероводорода (0-3%), а также примесей водорода (аммиака и окислов азота). Биогаз не имеет неприятного запаха. Теплота сгорания 1 м3 газа достигает 25 МДж, что эквивалентно сгоранию 0,6 л бензина, 0,85 л спирта, 1,7 кг дров или использованию 1,4 кВт/ электроэнергии.

В среднем 1 кг органического вещества, биологически разложимого на 70%, производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг неразложимого остатка.

Глава 1. Производство биогаза

Получение биогаза из органических отходов основано на свойстве последних выделять горючий газ в результате метанового сбраживания»в анаэробных условиях.

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Метановое сбраживание происходит при разложении органических веществ в результате жизнедеятельности двух основных групп микроорганизмов. Одна группа микроорганизмов, обычно называемая кислотообразующими бактериями, или бродильными микроорганизмами, расщепляет сложные органические соединения (клетчатку, белки, жиры и др.) в более простые, при этом в сбраживаемой среде появляются первичные продукты брожения — летучие жирные кислоты, низшие спирты, водород, окись углерода, уксусная и муравьиная кислоты и др. Эти менее сложные органические вещества являются источником питания для второй группы бактерий — метанообразующих, которые превращают органические кислоты в требуемый метан, а также углекислый газ и др.

В этом сложном комплексе превращений участвует огромное количество микроорганизмов – до тысячи видов, но главные из них все-таки метанообразующие бактерии. Стоит отметить, что метанообразующие бактерии значительно медленнее размножаются и более чувствительны к изменениям окружающей среды, чем кислотообразующие микроорганизмы-бродильщики, поэтому вначале в сбраживаемой среде накапливаются летучие кислоты, а первую стадию метанового сбраживания называют кислотной. Потом скорости образования и переработки кислот выравниваются и в дальнейшем разложение субстрата и образование газа идут одновременно. От условий, которые создаются для жизнедеятельности метанообразующих бактерий, зависит интенсивность газовыделения.

Как кислотообразующие, так и метанообразующие бактерии встречаются в природе повсеместно, в частности в экскрементах животных. Считается, что в навозе крупного рогатого скота имеется полный набор микроорганизмов, необходимых для его сбраживания. И подтверждением этому является то, что в рубце и кишечнике жвачных животных постоянно идет процесс метанообразования. Как следствие, нет необходимости применять для получения биогаза чистые культуры метанообразующих бактерий для того, чтобы вызвать процесс брожения. Достаточно лишь обеспечить для уже имеющихся в субстрате бактерий подходящие условия для их жизнедеятельности.

Для создания таких условий органические отходы сбраживают в специальных бродильных камерах (биореакторах), где поддерживают строго анаэробную среду, а также соответствующие температурный и кислотный (рН) режимы, давление и другие необходимые условия.

Для эффективной работы установки, производящей биогаз, кроме строго анаэробной среды, необходимо соблюдать ряд требований. Во-первых, поддерживать в реакторе оптимальные температурный и кислотный режимы. Во-вторых, постоянно следить за наличием питательных веществ в сбраживаемой среде, обеспечивая низкое содержание в среде веществ-ингибиторов, то есть веществ, замедляющих жизнедеятельность микроорганизмов.

Различают три характерных уровня температур, предпочтительных для отдельных видов бактерий. Психрофильный режим идет при температуре 8-20° С, мезофильный — при 25-40° С, термофильный — при 45-60° С. Более производительны термофильный и мезофильный режимы сбраживания, однако все три режима имеют как свои преимущества, так и недостатки. Режимы с более высокими температурами требуют больших затрат энергии на поддержание оптимальной температуры, зато благодаря сокращению продолжительности сбраживания удается значительно сократить объем биореактора и таким образом увеличить производительность биогазовой установки. Однако часто поддержание в биомассе высоких температур на практике связано с большими затратами энергии на обогрев и термоизоляцию биореакторов, что в свою очередь значительно удорожает процесс получения биогаза. Для нормального протекания брожения необходима слабощелочная реакция среды (рН=7-8). При оптимальной активности кислотообразующих и метановых бактерий значение рН поддерживается в желательных пределах автоматически. Однако иногда кислотообразующие бактерии начинают размножаться быстрее, чем метановые, из-за чего концентрация летучих жирных кислот в бродильной камере возрастает и происходит так называемое «закисление», в результате чего выход биогаза снижается, а кислотность биомассы увеличивается. В этом случае в содержимое биореактора следует добавить горячую воду, известковое молоко, соду. При нарушении баланса между азотом и углеродом его восстанавливают добавлением в биомассу коровьей мочи.

Основой беспрепятственного размножения анаэробных бактерий служит, естественно, наличие питательных веществ в сбраживаемой среде. И почти все питательные вещества, необходимые для роста метановых бактерий, содержат экскременты животных, являющиеся основным сырьем для производства биогаза. Разнообразие видового состава метанообразующих бактерий позволяет использовать практически все виды жидких и твердых органических отходов. Но лучшая органическая масса для получения биогаза — навоз крупного рогатого скота в смеси с растительными остатками (влажность биомассы не менее 85-90%).

При непрерывном способе сбраживания, когда выгрузка определенного объема «отработавшего» в реакторе органического вещества происходит одновременно с загрузкой такого же объема свежего материала, выделяется наибольшее количество биогаза. И при такой организации процесса для малогабаритных биогазовых установок в приусадебных хозяйствах доза ежесуточной загрузки обычно не превышает 4-5% полезного объема камеры сбраживания.

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

1.1. Особенности биогазового топлива

Процессы разложения органических отходов с получением горючего газа и его использованием в быту известны давно: в Китае их история насчитывает 5 тыс. лет, в Индии – 2 тыс. лет. Природа биологического процесса разложения органических веществ с образованием метана за прошедшие тысячелетия не изменилась. Но современные наука и техника создали оборудование и системы, позволяющие сделать эти «древние» технологии рентабельными и применяемыми не только в странах с теплым климатом, но и в странах с суровым континентальным климатом, например в России.

Биогаз плохо растворим в воде, состоит из метана (55-85%) и углекислого газа (15-45%), могут быть следы сероводорода. Его теплота сгорания составляет от 21 до 27,2 МДж/м3. При переработке 1 т свежих отходов крупного рогатого скота и свиней (при влажности 85%) можно получить от 45 до 60 м3 биогаза, 1 т куриного помета (при влажности 75%) – до 100 м3 биогаза. По теплоте сгорания 1 м3 биогаза эквивалентен: 0,8 м3 природного газа, 0,7 кг мазута, 0,6 кг бензина, 1,5 кг дров (в абсолютно сухом состоянии), 3 кг навозных брикетов. Биогаз, как и природный газ, относится к наиболее чистым видам топлива.

Получение биогаза из органических отходов имеет следующие особенности:

  1. Осуществляется санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и коммунально-бытовых), содержание органических веществ снижается до 10 раз;
  2. Анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства и активного ила приводит к минерализации основных компонентов удобрений (азота и фосфора) и их сохранению (в отличие от традиционных способов приготовления органических удобрений методами компостирования, при которых теряется до 30-40% азота);
  3. При метановом брожении высокий (80-90%) КПД превращения энергии органических веществ в биогаз;
  4. Биогаз с высокой эффективностью может быть использован для получения тепловой и электрической энергии, а также в двигателях внутреннего сгорания;
  5. Биогазовые установки могут быть размещены в любом регионе страны и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов.

Биогазовые технологии позволяют наиболее рационально и эффективно конвертировать энергию химических связей органических отходов в энергию газообразного топлива и высокоэффективных органических удобрений, применение которых, в свою очередь, позволит существенно снизить производство минеральных удобрений, на получение которых расходуется до 30% электроэнергии, потребляемой сельским хозяйством.

1.2. Факторы, влияющие на производство биогаза

Поскольку разложение органических отходов происходит за счет деятельности определенных типов  бактерий, существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Так, количество вырабатываемого газа в значительной степени зависит от температуры: чем теплее, тем выше скорость и степень ферментации органического сырья. Именно поэтому, вероятно, первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым климатом. Однако применение надежной теплоизоляции, а иногда и подогретой воды, позволяет освоить строительство генераторов биогаза в районах, где температура зимой опускается до –20° С.

Существуют  определенные требования и к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий, содержать биологически разлагающееся органическое вещество и в большом количестве воду. Желательно, чтобы среда была слабо-щелочной и без веществ, мешающих действию бактерий: например, мыла, стиральных порошков, антибиотиков.

Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе ферментации жидкость в резервуаре имеет тенденцию к разделению на 3 фракции. Верхняя – корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа, через некоторое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.

Бактерии  наиболее активны в средней зоне. Поэтому содержимое резервуара необходимо периодически перемешивать – хотя бы один раз в сутки, а желательно – до шести раз.  Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособлений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса), под напором пневматической системы (частичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных методов самоперемешивания.

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Глава 2. Установки для получения биогаза

Ферментатор находится в яме диаметром около 4 м и глубиной 2 м (объем примерно 21 м3), выложенной изнутри кровельным железом, сваренным дважды: сначала электрической сваркой, а затем, для надежности, газовой. Для антикоррозионной защиты внутренняя поверхность резервуара покрыта смолой. Снаружи верхней кромки ферментатора сделана кольцевая канавка из бетона глубиной примерно 1 м, выполняющая функцию гидрозатвора; в этой канавке, заполненной водой, скользит вертикальная часть колокола, закрывающего резервуар. Колокол высотой около 2,5 м — из листовой двухмиллиметровой стали. В верхней его части и собирается газ.

Автор данного проекта выбрал вариант собирания газа в отличие от других установок с помощью трубы, находящейся внутри ферментатора и имеющей три подземных ответвления — к трем хозяйствам. Кроме того, вода в канавке гидрозатвора проточная, что предотвращает обледенение в зимнее время.

Ферментатор загружается примерно 12 м3 свежего навоза, поверх которого выливается коровья моча (без добавления воды). Генератор начинает работать через 7 дней после наполнения.

Похожую компоновку имеет еще одна установка. Ее ферментатор сделан в яме, имеющей квадратное поперечное сечение размерами 2х2 и глубиной примерно 2,5 м. Яма облицована железобетонными плитами толщиной 10-12 см, оштукатурена цемен¬том и покрыта для герметичности смолой. Канавка гидрозатвора глубиной около 50 см также бетонная, колокол сварен из кровельного железа и может на четырех «ушках» свободно скользить по четырем вертикальным направляющим, установленным на бетонном резервуаре. Высота колокола примерно 3 м, из которых 0,5 м погружено в канавку.

При первом наполнении в ферментатор было загружено 8 м3 свежего коровьего навоза, а сверху запито примерно 400 л коровьей мочи. Через 7— 8 дней установка уже полностью обеспечивала владельцев газом.

Аналогичную конструкцию имеет и генератор биогаза, рассчитанный на прием 6 м3 смешанного навоза (от коров, овец и свиней). Этого оказалось достаточно, чтобы обеспечить нормальную работу газовой плиты с тремя конфорками и духовкой.

Еще одна установка отличается любопытной конструктивной деталью: рядом с ферментатором уложены присоединенные к нему с помощью Т-образного шланга три большие тракторные камеры, соединенные между собой.

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

В ночное время, когда биогаз не используется и накапливается под колоколом, возникает опасность, что последний из-за избыточного давления опрокинется. Резиновый резервуар служит дополнительной емкостью. Ферментатора размером 2х2×1,5 м вполне достаточно для работы двух горелок, а при увеличении полезного объема установки до 1 м3 можно получить количество биогаза, достаточное и для обогрева жилища. Особенность этого варианта установки — устройство колокола 138 см и высотой 150 см из прорезиненного полотна, применяемого для изготовления надувных лoдок. Ферментатор представляет собой металлический резервуар 140х380 см и имеет объем 4,7 м3. Колокол вводится в находящийся в ферментаторе навоз на глубину не менее 30 см для обеспечения гидравлического заслона выходу биогаза в атмосферу. В верхней части разбухающего резервуара предусмотрен кран, соединенный со шлангом; по нему газ поступает к газовой плите с тремя конфорками и колонке для нагрева воды. Чтобы обеспечить оптимальные условия для работы ферментатора, навоз смешивается с горячей водой. Наилучшие результаты установка показала при влажности сырья 90% и температуре 30-35°.

Для обогрева ферментатора используется и эффект теплицы. Над емкостью сооружается металлический каркас, который покрывают полиэтиленовой пленкой: при неблагоприятных погодных условиях она сохраняет тепло и позволяет заметно ускорить процесс разложения сырья

Генераторы биогаза могут использоваться также и в государственных или кооперативных хозяйствах. Такой генератор имеет два ферментатора емкостью по 203 м3, закрытых каркасом с полиэтиленовой пленкой. Зимой назоз обогревается горячей водой. Производительность установки составляет 300-480 м3 газа в день. Такого количества вполне хватает для обеспечения всех потребностей местного агропромышленного комплекса.

В качестве трубопровода для транспортировки биогаза от выпускного патрубка в верхней части колокола установки до потребителя могут использоваться как трубы (металлические или пластмассовые), так и резиновые шланги. Их желательно вести в глубокой траншее, чтобы исключить разрывы из-за замерзания зимой конденсировавшейся воды. Если транспортировка газа с помощью шланга осуществляется по воздуху, то для отвода конденсата необходимо специальное устройство. Самая простая схема такого приспособления представляет собой U-образную трубку, присоединенную к шлангу в самой нижней его точке. Длина свободной ветви трубки должна быть больше, чем выраженное в миллиметрах водяного столба давление биогаза. По мере того как в трубку стекает конденсат из трубопровода, вода выливается через ее свободный конец без утечки газа.

В верхней части колокола целесообразно также предусмотреть патрубок для установки манометра, чтобы по величине давления судить о количестве накопленного биогаза.

Глава 2.1. Производственные схемы получения биогаза

Получение биогаза происходит в специальных, корозионностойких цилиндрических герметичных цистернах, также их называют ферментерами. В таких емкостях протекает процесс брожения. Но до того как попасть в ферментер, сырье загружается в емкость приемник. Тут оно смешивается с водой до однородного состояния, с помощью специального насоса. Далее из емкости приемника в ферментеры вводится уже подготовленный сырьевой материал. Надо заметить, что процесс перемешивания при этом не останавливается и продолжается до тех пор, пока в емкости приемнике ничего не останется. После ее опустошения насос автоматически останавливается. После начала процесса ферментации начинает выделяться биогаз, который по специальным трубам поступает в газгольдер, размещенный неподалеку.

На рисунке 6 приведена схема установки для получения биогаза. Органические стоки, обычно жидкий навоз, поступают в приемник-теплообменник 1, где подогреваются нагретым шламом, подаваемым по трубе-теплообменнику насосом 9 из метантенка 3, и разбавляются горячей водой.

Дополнительное разбавление стоков горячей водой и подогрев до нужной температуры проводится в аппарате 2. Сюда же для создания нужного соотношения С/N подаются отходы полеводства. Биогаз, образующийся в метантенке 3, частично сжигается в нагревателе воды 4, и продукты горения выводятся через трубу 5. Остальная часть биогаза проходит через устройство очистки 6, сжимается компрессором 7 и поступает в газгольдер 8. Шлам из аппарата 1 поступает в теплообменник 10, где дополнительно охлаждаясь подогревает холодную воду. Шлам представляет собой обеззараженное высокоэффективное естественное удобрение, способное заменить 3-4 т минерального удобрения типа нитрофоски.

2.2. Системы хранения биогаза

Обычно биогаз выходит из реакторов неравномерно и с малым давлением (не более 5 кПа). Этого давления с учетом гидравлических потерь газотранспортной сети недостаточно для нормальной работы газоиспользующего оборудования. К тому же пики производства и потребления биогаза не совпадают по времени. Наиболее простое решение ликвидации излишка биогаза – сжигание его в факельной установке, однако при этом безвозвратно теряется энергия. Более дорогим, но в конечном итоге экономически оправданным способом выравнивания неравномерности производства и потребления газа является использование газгольдеров различных типов. Условно все газгольдеры можно подразделить на «прямые» и «непрямые». В «прямых» газгольдерах постоянно находится некоторый объем газа, закачиваемого в периоды спада потребления и отбираемого при пиковой нагрузке. «Непрямые» газгольдеры предусматривают аккумулирование не самого газа, а энергии промежуточного теплоносителя (воды или воздуха), нагреваемого продуктами сгорания сжигаемого газа, т.е. происходит накопление тепловой энергии в виде нагретого теплоносителя.

Биогаз в зависимости от его количества и направления последующего использования можно хранить под разным давлением, соответственно и газохранилища называются газгольдерами низкого (не выше 5 кПа), среднего (от 5 кПа до 0,3 МПа) и высокого (от 0,3 до 1,8 МПа) давления. Газгольдеры низкого давления предназначены для хранения газа при малоколеблющемся давлении газа и значительно изменяющемся объеме, поэтому их иногда называют газохранилищами постоянного давления и переменного объема (обеспечивается подвижностью конструкций). Газгольдеры среднего и высокого давления, наоборот, устраиваются по принципу неизменного объема, но меняющегося давления. В практике применения биогазовых установок наиболее часто используются газгольдеры низкого давления.

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Вместимость газгольдеров высокого давления может быть различной — от нескольких литров (баллоны) до десятков тысяч кубических метров (стационарные газохранилища). Хранение биогаза в баллонах применяется, как правило, в случае использования газа в качестве горючего для транспортных средств. Основные преимущества газгольдеров высокого и среднего давления — небольшие габариты при значительных объемах хранимого газа и отсутствие движущихся частей, а недостатком является необходимость в дополнительном оборудовании: компрессорной установке для создания среднего или высокого давления и регуляторе давления для снижения давления газа перед горелочными устройствами газоиспользующих агрегатов.

Глава 3. Развитие биогазовых технологий в России

На территории России продуцируется до 14-15 млрд. т биомассы. Энергия химических связей этого количества биомассы эквивалентно 8,1 млрд. т.

По результатам исследований Института энергетической стратегии РФ общее количество органических отходов агропромышленного комплекса (АПК) России в 2005 г. составило 225 млн. т (в расчете на сухое вещество; по энергосодержанию эквивалентно 80,6 млн. т н.э.), включая:

– птицеводство – 5,8 млн. т;

– животноводство – 58,3 млн. т;

– растениеводство – 147 млн. т;

– перерабатывающая промышленность 14 млн. т.

Количество ТБО городов составило 16 млн. т, осадки коммунальных стоков – 4,9 млн. т.

Как свидетельствуют приведенные выше данные, наибольшую массу среди органических отходов АПК занимают отходы растениеводства (солома, стебли, лузга и т.д.). Их переработка в биогаз одновременно с отходами животноводства и птицеводства требует разработки универсальной биогазовой технологии и соответствующего оборудования.

Для широкого распространения биогазовой технологии особое значение имеют следующие факторы:

  • стоимость установки;
  • удельная производительность;
  • полнота переработки сброженной массы и биогаза в наиболее ценные продукты по сравнению с исходным сырьем;
  • эффективность в решении задач, связанных с охраной окружающей среды;
  • высокая эксплуатационная надежность и простота обслуживания.

Стоимость установки в значительной степени определяется простотой ее технологической схемы и отсутствием в ней уникальных компонентов.

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

На современном этапе развития биотехнологии важное значение приобретает интенсификация процесса метанового сбраживания и снижение за счет этого капитальных и эксплуатационных затрат.

Опыт внедрения биоэнергетических установок за рубежом свидетельствует об ускоренном развитии этого направления. Примерами соответствующих технических решений могут служить установки модульного типа, разработанные фирмами Швеции, Германии, Финляндии, выполняемые на основе горизонтальных цилиндрических реакторов с продольными мешалками.

Другое направление в реакторостроении представляют крупные вертикальные метантанки, собираемые на месте.

Несмотря на то, что биогазовый реактор вносит наибольшую единичную долю в стоимость всей установки, затраты на него, как правило, не превышают 30% всех затрат на биоэнергетическую установку. Вследствие этого более существенным является увеличение скорости переработки и связанное с этим уменьшение объема реактора, что позволит обеспечить необходимый экономический эффект раньше, чем произойдет существенное уменьшение затрат на комплектующее оборудование, входящее в состав биоэнергетической установки или значительное сокращение его номенклатуры в связи с существенным упрощением установок.

В настоящее время разработку новых биогазовых технологий и серийное производство биоэнергетических (биогазовых) систем ведет ЗАО «Сигнал», которое начало производство автономных биоэнергетических установок (АБЭУ) (рис. 3) с объемом биореакторов-метантанков от 7 до 480 м3 и более с производством в год от 4 до 254 тыс. м3 биогаза и установочной электрической мощностью – от 0,83 до 54 кВт, тепловой – от 2,5 до 152 кВт.

Рисунок 7. Биореактор-метантенк и газгольдер теплоэлектростанции АБЭУ-20 с установленной электрической мощностью 3,3 кВт и тепловой – 7,1 кВт (пос. Горелое, Тамбовская обл.)

Биогазовые технологии могут эффективно эксплуатироваться в любом климатическом регионе огромной России. Сама природа дает в руки человека инструмент, с одной стороны, для удержания баланса углекислоты на безопасном уровне («парниковый эффект»), с другой – для повышения урожая зеленой массы – источника энергии.

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

При интенсивном подъеме сельскохозяйственного производства России через несколько лет общий объем производимых органических отходов может составить 675 млн. т (по сухому веществу), а потенциальное производство биогаза – 225 млрд. м3/год.

Высокая рентабельность отечественных биогазовых технологий обеспечивается одновременным производством высокоэффективных органических удобрений, 1 т которых (по эффекту «на урожай») равноценна 70-80 т естественных отходов животноводства и птицеводства. Этим объясняется быстрая (1-2 года) окупаемость биогазовых установок и биотеплоэлектростанций.

Исследование современного АПК России, проведенное Институтом энергетической стратегии, показало, что до 50% производимой основной продукции приходится на индивидуальные крестьянские хозяйства. Поэтому развитие биогазовой промышленности должно идти по двум направлениям: создание крупных биоэнергетических станций и создание фермерских и крестьянских биогазовых установок.

Россия находится в зоне рискованного земледелия и по климатическим условиям, и по характеристике большей части почв – это малоурожайные подзолистые почвы, требующие постоянного внесения органических удобрений. Поэтому в средних и северных регионах Европейской России, в земледельческих районах Сибири потребность в органических удобрениях будет постоянной и она будет определяющей в развитии биогазовых технологий. Использование таких технологий и созданного на их основе оборудования позволит в ближайшие годы: полностью решить в сельской местности проблему всех органических отходов, включая коммунальные стоки и ТБО, обустроить дома сельских жителей современными санитарно-гигиеническими системами европейского типа и оказать существенную помощь в решении проблем энергосбережения.

Глава 4. Индивидуальное задание. Биотехнологический способ очистки нефтяных шламов.

Деятельность предприятий нефтяного комплекса приводит к образованию объемов шламовых отходов: шламов чистки резервуарных парков и оборудования, осадков и избыточных активных илов сооружений биологической очистки сточных вод, шламов химводоочистки теплоэлектроцентрали нефтеперерабатывающего завода и др.

В крупных градопромышленных агломерациях на долю нефтешламов приходится до 30 — 40% совокупного объема продуцируемых отходов. Большое количество шламов размещено в накопителях нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, в результате из использования выводятся сотни гектаров полезной территории. В настоящее время разработано несколько способов переработки нефтешламов, которые рассмотрены в данной работе.

4.1. Классификация и особенности нефтешламов

В общем виде все нефтешламы могут быть разделены на три основные группы в соответствии с условиями их образования – грунтовые, придонные и резервуарного типа. Первые образуются в результате проливов нефтепродуктов на почву в процессе производственных операций, либо при аварийных ситуациях. Придонные шламы образуются при оседании нефтеразливов на дне водоемов, а нефтешламы резервуарного типа – при хранении и перевозке нефтепродуктов в емкостях разной конструкции.

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

В наиболее упрощенном виде нефтешламы представляют собой многокомпонентные устойчивые агрегативные физико-химические системы, состоящие главным образом, из нефтепродуктов, воды и минеральных добавок (песок, глина, окислы металлов и т.д.). Главной причиной образования резервуарных нефтешламов является физико-химическое взаимодействие нефтепродуктов в объеме конкретного нефтеприемного устройства с влагой, кислородом воздуха и механическими примесями, а также с материалом стенок резервуара. В результате таких процессов происходит частичное окисление исходных нефтепродуктов с образованием смолоподобных соединений и ржавление стенок резервуара. Попутно попадание в объем нефтепродукта влаги и механических загрязнений приводит к образованию водно-масляных эмульсий и минеральных дисперсий. Поскольку любой шлам образуется в результате взаимодействия с конкретной по своим условиям окружающей средой и в течение определенного промежутка времени, одинаковых по составу и физико-химическим характеристикам шламов в природе не бывает. По результатам многих исследований в нефтешламах резервуарного типа соотношение нефтепродуктов, воды и механических примесей (частицы песка, глины, ржавчины и т.д.) колеблется в очень широких пределах: углеводороды составляют 5-90%, вода 1-52%, твердые примеси 0,8-65%. Как следствие, столь значительного изменения состава нефтешламов диапазон изменения их физико-химических характеристик тоже очень широк. Плотность нефтешламов колеблется в пределах 830-1700 кг/м3, температура застывания от -3°С до +80°С. Температура вспышки лежит в диапазоне от 35 до 120 °С.

4.2. Биотехнологическая очистка углеводородов нефти

Известен способ микробиологической обработки нефтешлама и установка для его осуществления (авторское свидетельство СССР № 1637328, 5C12N 1/26,1989 г.), предусматривающий взаимодействие нефтешлама с ассоциацией штаммов бактерий Pseudomonas aeruginosa ВКПМ-В-2557, Bacillus sphaericus ВКПМ-В-2558 и Bacillus licheniformis ВКПМ-В-3779 при их соотношении 3:2:3 в присутствии органического источника питания, в качестве которого используют активный ил, или триэтиленгликоль, или метанол, при массовом соотношении его к нефтешламу 1:(1000-2000). Процесс ведут при 55-60°С.

Недостатком этого способа является низкая степень очистки (до 96,2%) и увеличение объема отходов за счет смешения обработанного нефтешлама с грунтом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обработки нефтяного шлама (патент РФ № 2198747, 7 В09С 1/10, 2000 г.), заключающийся в том, что нефтяной шлам смешивают с микроорганизмами и биостимулятором. Перед смешиванием в нефтяной шлам добавляют чистую почву и древесные опилки в массовом соотношении 1:2:1, при этом в качестве микроорганизмов используют штамм бактерий Bacillus sp.ВНИИСХМ 132, а в качестве биостимулятора — белковую кормовую добавку «Биотрин» в массовом соотношении смешанный шлам:микроорганизмы:биостимулятор, равном 1:0,005:0,005, с последующим проведением периода инкубации не менее 50 суток, а затем проводят дополнительную обработку.

Недостатками данного способа являются низкая степень разложения нефтепродуктов (85-95%), длительность очистки и увеличение объема отходов за счет смешения обработанного нефтешлама с грунтом

Для повышения степени очистки нефтешлама и уменьшения объемов отходов обработку проводят в три стадии: анаэробное расслоение, аэробная стабилизация и аэробная доочистка, причем на стадии анаэробного расслоения вносят ассоциацию анаэробных микроорганизмов и дополнительно биостимулятор — послеспиртовую барду — в объемном соотношении нефтешлам:микроорганизмы:послеспиртовая барда, равном 1:(0,1-0,2):(0,1-0,2), аэробную стабилизацию осуществляют в присутствии железо- и нефтеокисляющих бактерий, артробактерий, микобактерий и родококков в течение 1-2 суток при температуре 10-25°С и расходе воздуха 30-50 м3/м3 шлама, а аэробную доочистку проводят после аэробной стабилизации с добавлением препарата по обезвреживанию отходов и ремедиации почв «Биорем» в массовом соотношении нефтешлам:препарат, равном 1:0,005.

Анаэробное расслоение нефтешлама осуществляют в присутствии метаногенных бактерий при температуре 15-50°С в течение 18-20 суток. Аэробную доочистку проводят в условиях окружающей среды в слое высотой 0,2 м с добавлением препарата по обезвреживанию отходов и ремедиации почв «Биорем» и питательных элементов при соотношении С:N:Р, равном 100:5:1, в течение 60 суток.

Нефтешлам (НШ) представляет собой эмульсию воды, механических примесей и углеводородов. Среди углеводородов он содержит такие трудно удаляемые углеводороды, как ароматические соединения, асфальтены и смолы. В составе механических примесей — сульфиды металлов, тяжелые металлы, грунт и песок. Предлагаемый способ позволяет более глубоко очистить нефтешлам от этих примесей за счет добавления в процессе очистки биостимулятора — послеспиртовой барды (ПБ) — на стадии анаэробного расслоения, окисления сульфидов — на стадии аэробной стабилизации и добавления препарата по обезвреживанию отходов и ремедиации почв «Биорем» — на стадии аэробной доочистки.

Биостимуляторы (биологически активные вещества) добавляют для увеличения активности микроорганизмов при биоокислении. К таким веществам относятся аминосоединения, проферменты, провитамины и др. Все эти вещества малодоступны и дороги. Использование послеспиртовой барды, которая является отходом производства спиртов, обеспечивает более высокую активность микроорганизмов и более глубокую очистку нефтешлама. Послеспиртовая барда представляет собой раствор питательных макро- и микроэлементов, аминокислот и ростовых веществ.

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Препарат по обезвреживанию отходов и ремедиации почв «Биорем» представляет собой смесь 46 видов микроорганизмов, основными из которых являются ассоциации непатогенных анаэробных и аэробных микроорганизмов, грибы, дрожжи и гуминовые вещества, способные связывать токсические вещества в комплексные соединения. Его готовят на основе древесных опилок с нанесением концентрата продукции серии «Байкал ЭМ-1» и добавок: калия фосфорнокислого, аммония хлористого, натрия фосфорнокислого, сульфата магния, хлорида кальция и хлорида железа. Выпускают его по ТУ 9291-001-47463954-2004. Это сыпучее влажное вещество от светло-коричневого до темно-коричневого цвета со свойственным микробным запахом.

Готовят его следующим образом.

В трехлитровый стеклянный баллон наливают 2 л воды, в которой растворяют 4 ст. ложки сахара, добавляют туда 30 мл концентрата ЭМ-1, доливают водой до верха, закрывают крышкой и выдерживают в темном месте при температуре 20-40°С в течение 7 суток. Этот раствор называется основным и может храниться в течение одного года при температуре 0-20°С в темном месте.

Непосредственно перед приготовлением препарата «Биорем» готовят рабочий раствор путем разбавления основного водой в соотношении 1:100 и добавляют к нему азофоску из расчета 1 гл и, в случае использования дистиллированной воды, — сульфат магния, хлорид кальция и хлорид железа — по 0,00 5 гл.

Древесные опилки, поступающие на утилизацию, в количестве 1 м3 разравнивают на площадке слоем 0,5-0,8 м и обрабатывают рабочим раствором с помощью пульверизатора, перемешивают и выдерживают в течение 2-3 суток. Затем опилки собирают в бурт для компостирования. Бурт укрывают сверху сухими свежими опилками для уменьшения потери влаги и выдерживают в течение одного месяца. Периодически проверяют влажность, рН, содержание гуминовых кислот и количество микроорганизмов. При компостировании происходит разложение танинов, дубильных веществ, антраценов, целлюлозы с образованием гуминоподобных веществ, представляющих собой полифункциональные природные соединения, связывающие в свои комплексы токсические вещества как органической, так и неорганической природы, увеличивая их доступность для микробной биодетоксикации.

Готовность препарата определяют по общему количеству живых культур и гуминовых веществ. Оно должно быть не менее 1х105 живых клеток микроорганизмов в 1 г препарата и содержит не менее 15% гуминовых веществ.

Препарат соответствует государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам (санитарно-эпидемиологическое заключение №23. КК.02.541. П.011157.10.04 от 19.10.2004 г., г.Краснодар).

Способ осуществляют следующим образом. Нефтешлам поступает в шламонакопитель, затем на стадию анаэробного расслоения, где при температуре 15-50°С в присутствии метаногенных бактерий с концентрацией 8-10 кг/м3 при расходе биомассы 0,1-0,2 м3/м3 нефтешлама и послеспиртовой барды — в объемном соотношении нефтешлам:микроорганизмы:послеспиртовая барда, равном 1:(0,1-0,2):(0,1-0,2), через 18-20 суток происходит расслоение эмульсии и отделение нефтепродуктовой и водной фаз.

Скидка 100 рублей на первый заказ!

Акция для новых клиентов! Разместите заказ или сделайте расчет стоимости и получите 100 рублей. Деньги будут зачислены на счет в личном кабинете.

Подробнее Гарантии Отзывы

Затем шлам поступает в аэротенк на стадию аэробной стабилизации в присутствии железо- и нефтеокисляющих бактерий, артробактерий, микобактерий и родококков с концентрацией 1-2 кг/м 3 при подаче биомассы в объемном соотношении нефтешлам: биомасса, равном 1:0,05. Для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов добавляют аммофос в количестве 2 кг/м3 нефтешлама. Процесс осуществляют при температуре 10-25°С и расходе воздуха 30-50 м3/м 3 нефтешлама в течение 1-2 суток. Нефтешлам отстаивают в течение 24 часов и декантируют жидкие фракции. Полученный осадок вывозят на иловую площадку для аэробной доочистки.

Аэробную доочистку осуществляют в условиях окружающей среды в течение 60 суток при поддержании влажности на уровне 45% с добавлением препарата по обезвреживанию отходов и ремедиации почв «Биорем» в массовом соотношении нефтешлам:препарат, равном 1:0,005, и питательных элементов при соотношении C:N:P=100:5:1.

Очищенный шлам используют в качестве отвальной почвы для рекультивации полигонов бытовых отходов, на подсыпку территорий или дорог.

На стадии анаэробного расслоения ассоциация метаногенных бактерий выделяет в окружающую среду микробные поверхностно-активные вещества и метан, которые разрушают стойкую эмульсию нефтешлама, что позволяет отделить более 80% углеводородов нефти, которые можно использовать повторно в народном хозяйстве

При аэробной стабилизации микроорганизмы окисляют сульфиды металлов, при этом повышается окислительно-восстановительный потенциал системы (ОВП) и происходит выделение связанной воды и нефтепродуктов до 4%. Благодаря повышению ОВП системы быстрее и полнее идет окисление оставшихся нефтепродуктов при доочистке в аэробных условиях.

При аэробной доочистке с помощью препарата по обезвреживанию отходов и ремедиации почв «Биорем» происходит удаление углеводородов и связывание тяжелых металлов и органических веществ гуминовыми кислотами, т.е. происходит детоксикация нефтешлама. В результате в дальнейшем отпадает необходимость разбавлять нефтешлам чистым грунтом.

Заключение

В процессе научно-исследовательской практики я ознакомился со способами производства биогаза, установками для его производства и технологическими cхемами. Также ознакомился с биотехнологическими способами очистки нефтяных шламов и препаратами, используемыми для очистки углеводородов.

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Список использованных источников

1. Алексеев В.И., Каминский В.А. Прикладная молекулярная биология – М.: ВШ, 2005
2. Баадер Б., Доне Е., Бренндерфер М. — Биогаз. Теория и прак-тика — М.: Колос, 1982
3. Соуфер С., Заборски О. — Биомасса как источник энерги — М.: Мир, 1985
4. Германович В., Турилин А. — Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солн-ца, воды, земли, биомассы. — СПб.: Наука и Техника, 2011
5. Экологическая биотехнология / Пер. с англ. под ред. К.Ф. Фор-стера, Д.А.Дж. Вейза. Л.: Химия, 1990.
6. Киреева, H.A. Микробиологические процессы в нефтезагряз-ненных почвах / Н. А. Киреева. Уфа. : Изд-во БашГУ 1994. — 171 с.
7. Патент РФ № 2300430, Способ обезвреживания нефтяного шлама / Милькина Р.И, Буймова Т.Т. Заявлено 23.03.2005; Опубл. 10.06.2007.