Анаэробное компостирование ТБО

Процесс чаще всего представляет собой метановое сбраживание ТБО. Его часто используемая блок-схема имеет вид:

В метантенке объемом до 500 м³ ТБО выдерживают в анаэробных условиях 10…16 суток при t ~ 25 ⁰С. При этом протекает процесс сбраживания. Отработанную твердую массу подают на обезвоживание, затем она поступает на рыхление и грохочение. В последнем процессе материал делится на две части:

- органические удобрения;

- крупный отсев.

1 тонна ТБО дает до 120 – 140 м³ биогаза, содержащего ~ 65 об. % СН₄.Одновременно получается более 400 кг органических удобрений, до 50 кг металлолома и до 250 кг крупного отсева.

Ранее вскользь упоминалось о характере метанового брожения и его химизме. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

В метатенке происходит распад органических веществ. Значительная часть их массы переходит в газ и в раствор. Брожение называют метановым, т. к. одним из основных продуктов распада органики является СН₄. Процесс состоит из 2-х фаз: в первой (кислотное или водородное брожение) из сложных молекулярных форм органических соединений с участием воды образуются органические (карбоновые) кислоты (уксусная, муравьиная, пропионовая, масляная, молочная), спирты (этанол, пропанол, бутанол), газы (Н₂, СО₂, Н₂S, NH₃), аминокислоты, глицерин. Распад осуществляют сапрофитные анаэробные бактерии, широко распространенные в природе и быстро размножающиеся в интервале рН = 4…7. Одновременно появляется гнилостный запах.

Во второй фазе процесса (щелочное или метановое брожение) метансоздающие бактерии (метаногены) в процессе жизнедеятельности ведут дальнейшую переработку веществ, образующихся в первой фазе. При этом выделяется газ, содержащий СН₄, СО₂, Н₂, N₂.

Источником энергии метаногенов является смесь Н₂ и СО₂, суммарная простая реализуемая ими реакция (материальный баланс) имеет вид:

4 Н₂ + СО₂ ® СН₄ + 2 Н₂О.

Следующим потенциальным источником углерода метаногенов является муравьиная кислота. Процесс схематично имеет вид:

4 НСООН ® 4 СО₂ + 4 Н₂

СО₂ + 4 Н₂ ® СН₄ + 2 Н₂О

4 НСООН ® СН₄ + 3 СО₂ + 2 Н₂О

Другие микроорганизмы реализуют процессы с метанамидами:

4 СН₃NH₂ + 2 Н₂О + 4 Н⁺ ® 3 СН₄ + СО₂ + 4 NH

2 (СН₃)₂NH + 2 Н₂О + 2 Н⁺ ® 3 СН₄ + СО₂ + 2 NH .

Биогаз часто получают из отходов сельскохозяйственного производства. Схемы используемых с этой целью простых метатенков приведены на рис. 76.

Рис. 76. Схемы простых метантенков: а – септик; б - емкость Трэвиса;
в - емкость Имгоффа; г - неперемешиваемый аппарат; д - перемешиваемый биореактор. Условные обозначения: Н – навоз; Б – биогаз; КЖ - культуральная жидкость (переброженный шлам); К – корка; О – осадок.

Биогаз может быть использован как источник энергии, т. к. 1 м³ его дает около 22 МДж.

На мелких и средних животноводческих фермах, являющихся основным производителем, например, в США и в странах Западной Европы внутрихозяйственное производство биогаза широко распространено. Схема типичной для этого случая биогазовой установки приведена на рис. 77.

Рис. 76. Схема типичной фермской биогазовой установки: 1 - животноводческое помещение; 2 - канал для навозоудаления; 3 - смотровой люк; 4 - биореактор; 5 - датчик температуры; 6 - теплообменник; 7 - регулятор уровня; 8 - предохранительный клапан давления; 9 - помещение для технологического оборудования; 10 - транспортер для выгрузки густой фракции; 11 – навозохранилище; 12 - отвод биогаза.

Эксплуатируются и крупные биогазовые заводы, работающие при крупных животноводческих комплексах, на которых получают метан для внешнего потребления. На рис. 78 приведена технологическая схема, используемая на таких предприятиях.

Рис. 78. Технологическая схема установки по переработке навоза в биогаз и кормовые добавки: 1 - поступление твердого навоза из откормочных предприятий; 2 - расходный склад навоза; 3 - резервуар-накопитель для приготовления навозных стоков; 4 - конвейерная установка; 5 – водонагреватель; 6 – метантенк; 7 – газгольдер; 8 - резервуар для жидкого осадка; 9 - центрифуга; 10 - площадка для сушки осадка; 11 – фугат; 12 - биогаз для использования; 13 - земледельческие поля.

Контрольные вопросы

1. Перечислите методы компостирования ТБО.

2. Что из себя представляет биотермический барабан? Для чего он предназначен?

3. Изобразите технологическую схему анаэробного компостирования ТБО.

4. Каковы фазы метанового брожения? Какие процессы протекают в каждой фазе?

5. Каков химизм получения метана из муравьиной кислоты и метанамидов?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: