МОУ «Подовская средняя общеобразовательная школа» Конкурс исследовательских проектов «Новая жизнь бытовых отходов» Номинация: «Сельскохозяйственные отходы» ТЕМА: «БИОГАЗ И ГРЕЕТ И ВАРИТ» Выполнили: Дерюгин Дмитрий – 17 лет Рогулин Владислав – 17 лет Руководитель: учитель биологии Украинец Галина Петровна 2010 г.
СОДЕРЖАНИЕ: 1. Концепция безотходного производства. 2. Основные направления безотходной и малоотходной технологии. 3. Переработка и использование отходов. 4. Государственная программа «Отходы» . 5. Что такое биогаз?
КОНЦЕПЦИЯ БЕЗОТХОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА По мере развития современного производства с его масштаб ностью и темпами роста все большую актуальность приобре тают проблемы разработки и внедрения мало и безотходных технологий. Скорейшее их решение в ряде стран рассматривается как стратегическое направление рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. «Безотходная технология представляет собой такой метод производства продукции (процесс, предприятие, территориально производственный комплекс — ТПК), при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: сырьевые ресурсы — производство — потребление — вто ричные ресурсы, и любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования» . Эта формули ровка не должна восприниматься абсолютно. Представить себе абсолютно безотходное производство просто невозможно, та кого и в природе нет. Однако отходы не должны нарушать нормальное функционирование природных систем. Другими сло вами, мы должны выработать критерии такого ненарушенного состояния природы. Создание безотходных производств относится к весьма слож ному и длительному процессу, промежуточным этапом которого является малоотходное производство. Под малоотходным про изводством следует понимать такое производство (процесс, пред приятие, объединение, ТПК), результаты которого при воздействии их на окружающую среду не превышают уровня, допустимо го санитарно гигиеническими нормами, т. е. ПДК. При этом по техническим, экономическим, организационным или другим при чинам часть сырья и материалов может переходить в отходы и направляться на длительное хранение или захоронение.
В соответствии с действующим в России законодательством предприятия, нарушающие санитарные и экологические нормы, не имеют права на существование и должны быть реконструи рованы или закрыты, т. е. все современные предприятия должны быть малоотходными и безотходными. Однако возникает вопрос, какая допустимая часть сырья и материалов при малоотходном производстве может направлять ся на длительное хранение или захоронение? В этой связи в ряде отраслей промышленности России уже имеются количественные показатели оценки безотходности. Так, в цветной металлургии широко используется коэффициент комплексности, определяе мые долей полезных веществ (в %), извлекаемых из перерабаты ваемого сырья по отношению ко всему его количеству. В ряде случаев он уже превышает 80% Безотходная технология — это идеальная модель производст ва, которая в большинстве случаев в настоящее время реализует ся не в полной мере, а лишь частично (отсюда становится ясными термин «малоотходная технология» ). Однако уже сейчас имеются примеры полностью безотходных производств. Так, в течение многих лет Волховский и Пикалевский глиноземные за воды перерабатывают нефелин на глинозем, соду, поташ и це мент по практически безотходным технологическим схемам. Причем эксплуатационные затраты на производство глинозема, соды, поташа и цемента, получаемых из нефелинового сырья, на 10 15% ниже затрат при получении этих продуктов другими промышленными способами. При создании безотходных производств приходится решать ряд сложнейших организационных, технических, технологичес ких, экономических, психологических и других задач. Вместе с тем для разработки и внедрения безотходных производств мож но выделить ряд взаимосвязанных принципов.
Основным является принцип системности. В соответствии с ним каждый отдельный процесс или производство рассматри вается как элемент динамичной системы — всего промышлен ного производства в регионе (ТПК) и на более высоком уровне как элемент эколого экономической системы в целом, включаю щей кроме материального производства и другой хозяйственно экономической деятельности человека природную среду (популя ции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, био геоценозы, ландшафты), а также человека и среду его обитания. Таким образом, принцип системности, лежащий в основе созда ния безотходных производств, должен учитывать существующую и усиливающуюся взаимосвязь, и взаимозависимость производст венных, социальных и природных процессов. Другим важнейшим принципом создания безотходного про изводства является комплексность использования ресурсов. Этот принцип требует максимального использования всех компонентов сырья и потенциала энергоресурсов. Как известно, практически все сырье является комплексным, и в среднем более трети его количества составляют сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной его переработке. Так, уже в настоящее время почти все серебро, висмут, платина и платиноиды, а также более 20% золота получают попутно при переработке комплексных руд. Принцип комплексного экономного использования сырья в России возведен в ранг государственной задачи и четко сфор мулирован в ряде постановлений правительства. Конкретные формы его реализации в первую очередь будут зависеть от уровня организации безотходного производства на стадии про цесса, отдельного производства, производственного комплекса и эколого экономической системы. Одним из общих принципов создания безотходного производства является цикличность материальных потоков. К простейшим примерам цикличных материальных потоков можно отнести за мкнутые водо и газооборотные циклы.
В конечном итоге последовательное применение этого принципа должно привести к формированию сначала в отдельных регионах, а впоследствии и во всей техносфере сознательно организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превраще ний энергии. В качестве эффективных путей формирования цик личных материальных потоков и рационального использования энергии можно указать на комбинирование и кооперацию произ водств, создание ТПК, а также разработку и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования. К не менее важным принципам создания безотходного произ водства необходимо отнести требование ограничения воздействия производства на окружающую природную и социальную среду с учетом планомерного и целенаправленного роста его объемов и экологического совершенства. Этот принцип в первую очередь связан с сохранением таких природных и социальных ресурсов, как атмосферный воздух, вода, поверхность земли, рекреацион ные ресурсы, здоровье населения. Следует подчеркнуть, что реа лизация этого принципа осуществима лишь в сочетании с эффек тивным мониторингом, развитым экологическим нормирова нием и многозвенным управлением природопользованием. Общим принципом создания безотходного производства яв ляется также ациональность р его организации. Определяющими здесь являются требование разумного использования всех ком понентов сырья, максимального уменьшения энерго , материало и трудоемкости производства и поиск новых экологически обо снованных сырьевых и энергетических технологий, с чем во мно гом связано снижение отрицательного воздействия на окружаю щую среду и нанесение ей ущерба, включая смежные отрасли народного хозяйства. Конечной целью в данном случае следует считать оптимизацию производства одновременно по энерготех нологическим, экономическим и экологическим параметрам.
Основным путем достижения этой цели являются разработка новых и усовершенствование существующих технологических процессов и производств. Одним из примеров такого подхода к организа ции безотходного производства является утилизация пиритных огарков — отхода производства серной кислоты. В настоящее время пиритные огарки полностью идут на производство цемен та. Однако ценнейшие компоненты пиритных огарков — медь, серебро, золото, не говоря уже о железе, не используются. В то же время уже предложена экономически выгодная технология переработки пиритных огарков (например, хлоридная) с получением меди, благородных металлов и последующим использова нием железа. Во всей совокупности работ, связанных с охраной окружаю щей среды и рациональным освоением природных ресурсов, не обходимо выделить главные направления создания мало и без отходных производств. К ним относятся комплексное исполь зование сырьевых и энергетических ресурсов; усовершенствова ние существующих и разработки принципиально новых техноло гических процессов и производств и соответствующего оборудо вания; внедрение водо и газооборотных циклов (на базе эффек тивных газо и водоочистных методов); кооперация производства с использованием отходов одних производств в качестве сырья для других и создания безотходных ТПК. На пути совершенствования существующих и разработки принципиально новых технологических процессов необходимо соблюдение ряда общих требований: осуществление производственных процессов при минимально возможном числе технологических стадий (аппаратов), поскольку на каждой из них образуются отходы, и теряется сырье; применение непрерывных процессов, позволяющих наиболее эффективно использовать сырье и энергию; увеличение (до оптимальных значений) единичной мощности агрегатов;
интенсификация производственных процессов, их оптимиза ция и автоматизация; создание энерготехнологических процессов. Сочетание энер гетики с технологией позволяет полнее использовать энергию химических превращений, экономить энергоресурсы, сырье и ма териалы и увеличивать производительность агрегатов. Приме ром таких производств служит крупнотоннажное производство аммиака по энерготехнологической схеме. При организации безотходных производств большое значение имеет кооперирование предприятий различных отраслей промы шленности, например использование фосфогипса — крупнотон нажного отхода при получении фосфорсодержащих удобрений для производства материалов строительной индустрии и в дру гих процессах.
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ БЕЗОТХОДНОЙ И МАЛООТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ При современном уровне развития науки и техники без потерь практически обойтись невозможно. По мере того как будет со вершенствоваться технология селективного разделения и взаимо превращения различных веществ, потери будут постоянно умень шаться. Промышленное производство без материальных, бесполезно накапливаемых потерь и отходов уже существует в целых отрас лях, однако доля его пока мала. Это по оценке в 1985— 1986 гг. Можно утверждать, что эта доля увеличилась и в 1993— 1994 гг. из за крайне недостаточного внедрения новых безотходных про изводств во всех отраслях народного хозяйства. О каких новых технологиях можно вести разговор, если с 1985 г — начала перестройки и до 1993— 1994 гг. экономическое развитие при переходе к рынку идет на ощупь; доля износа основных производственных фондов все больше и больше увеличивается, в от дельных производствах составляет 80— 85%. Техническое перево оружение производств приостановилось. Вместе с тем мы обязаны заниматься проблемой безотход ного и малоотходного производства, ибо при нарастающих тем пах накопления отходов население может оказаться завалено свалками промышленных и бытовых отходов и остаться без питьевой воды, достаточно чистого воздуха и плодородных зе мель. Топливно промышленные комплексы Норильска, Северо никеля, Нижнего Тагила и многих других городов могут рас шириться дальше и превратить Россию в малоприспособленную к жизни территорию.
На наш взгляд, современная технология достаточно развита, чтобы в целом ряде производств и отраслей промышленности приостановить рост отходов. И в этом процессе государство должно взять на себя роль руководителя и в плановом порядке разработать и реализовать в 1994— 2010 гг. комплексную госу дарственную программу внедрения безотходных производств и переработки скопившихся в Российской Федерации отходов. В энергетике необходимо шире использовать новые способы сжигания топлива, например, такие, как сжигание в кипящем слое, которое способствует снижению содержания загрязняющих веществ в отходящих газах, внедрение разработок по очистке от оксидов серы и азота газовых выбросов; добиваться эксплуата ции пылеочистного оборудования с максимально возможным КПД, при этом образующуюся золу эффективно использовать в качестве сырья при производстве строительных материалов и в других производствах. В горной промышленности необходимо: внедрять разработан ные технологии по полной утилизации отходов, как при откры том, так и при подземном способе добычи полезных ископаемых; шире применять геотехнологические методы разработки место рождений полезных ископаемых, стремясь при этом к извлече нию на земную поверхность только целевых компонентов; использовать безотходные методы обогащения и переработки природного сырья на месте его добычи; шире применять гидроме таллургические методы переработки руд. В черной и цветной металлургии при создании новых предприя тий и реконструкции действующих производств необходимо вне дрение безотходных и малоотходных технологических процессов, обеспечивающих экономное, рациональное использование руд ного сырья: вовлечение в переработку газообразных, жидких и твердых отходов производства, снижение выбросов и сбросов вредных веществ с отходящими газами и сточными водами;
при добыче и переработке руд черных и цветных металлов — широкое внедрение использования многотоннажных отвальных твердых отходов горного и обогатительного производства в качестве строительных материалов, закладки выработанного пространства шахт, дорожных покрытий, стеновых блоков и т. д. вместо специально добываемых минеральных ресурсов; переработка в полном объеме всех доменных и ферросплавных шлаков, а также существенное увеличение масштабов переработки сталеплавильных шлаков и шлаков цветной металлургии; резкое сокращение расходов свежей воды и уменьшение сто чных вод путем дальнейшего развития и внедрения безводных технологических процессов и бессточных систем водоснабжения; повышение эффективности существующих и вновь создавае мых процессов улавливания побочных компонентов из отходя щих газов и сточных вод; широкое внедрение сухих способов очистки газов от пыли для всех видов металлургических производств и изыскание более совершенных способов очистки отходящих газов; утилизация слабых (менее 3, 5% серы) серосодержащих газов переменного состава путем внедрения на предприятиях цветной металлургии эффективного способа — окисления сернистого ан гидрида в нестационарном режиме двойного контактирования; на предприятиях цветной металлургии ускорение внедрения ресурсосберегающих автогенных процессов и в том числе плавки в жидкой ванне, что позволит не только интенсифицировать процесс переработки сырья, уменьшить расход энергоресурсов, но ц значи тельно оздоровить воздушный бассейн в районе действия предпри ятий за счет резкого сокращения объема отходящих газов и получ ить высококонцентрированные серосодержащие газы, используе мые в производстве серной кислоты и элементарной серы;
разработка и широкое внедрение на металлургических пред приятиях высокоэффективного очистного оборудования, а также аппаратов контроля разных параметров загрязненности окру жающей среды; быстрейшая разработка и внедрение новых прогрессивных малоотходных и безотходных процессов, имея в виду бездоменный и бескоксовый процессы получения стали, порошковую металлургию, автогенные процессы в цветной металлургии и другие перспективные технологические процессы, направленные на уменьшение выбросов в окружающую среду; расширение применения микроэлектроники, АСУ ТП в металлургии в целях экономии энергии и материалов, а также контроля образования отходов и их сокращения. В химической и нефтеперерабатывающей промышленности в более крупных масштабах необходимо использовать в технологических процессах: окисление и восстановление с применением кислорода, азота и воздуха; электрохимические методы, мембранную технологию разделения газовых и жидкостных смесей; биотехнологию, включая производство биогаза из остатков органических продуктов, а также методы радиационной, ультрафиолетовой, электроимпульсной и плазменной интенсификации химических реакций. В машиностроении в области гальванического производства следует направлять научно исследовательскую деятельность и разработки на водоочистку, переходить к замкнутым процессам рециркуляции воды и извлечению металлов из сточных вод; в области обработки металлов шире внедрять получение деталей из пресс порошков. В бумажной промышленности необходимо в первую очередь внедрять разработки по сокращению на единицу продукции расхода свежей воды, отдавая предпочтение созданию замкнутых и бессточных систем промышленного водоснабжения; максимально использовать экстрагирующие соединения: содержащиеся в древесном сырье для получения целевых продуктов; совершенствовать процессы по отбеливанию целлюлозы с помощью кислорода и озона; улучшать переработку отходов лесозаготовок биотехнологическими методами в целевые продукты; обеспечивать создание мощностей по переработке бумажных отходов, в том числе макулатуры.
ПЕРЕРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ Отходы производства — это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, химических соединений, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ (услуг) и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Отходы потребления — изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа. Отходы производства и потребления являются вторичными материальными ресурсами (BMP), которые в настоящее время могут вторично использоваться в народном хозяйстве. Отходы бывают токсичные и опасные. Токсичные и опасные отходы — содержащие или загрязненные материалами такого рода, в таких количествах или в таких концентрациях, что они представляют потенциальную опасность для здоровья человека или окружающей среды. В Российской Федерации ежегодно образуется около 7 млрд. т отходов, при этом вторично используются только 2 млрд. т, т. е. около 28%. Из общего объема используемых отходов около 80% — вскрышные породы и отходы обогащения — направляется для закладки выработанного пространства шахт и карьеров; 2% — находят применение в качестве топлива и минеральных удобрений, и лишь 18% (360 млн. т) используются в качестве вторичного сырья, из них 200 млн. т в стройиндустрии. На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд. т твердых отходов, при этом изымаются из хозяйственного оборота сотни тысяч гектаров земель; сконцентрированные в отвалах, свалках отходы являются источниками загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, почв и растений.
Особую тревогу вызывает накопление в отвалах и свалках токсичных и экологически опасных отходов, общее количество которых достигло 1, 6 млрд. т, что может привести к необратимому загрязнению окружающей среды. Согласно данным инвентаризации 1990 г. в России ежегодно образуется около 75 млн. т высокотоксичных отходов, из них перерабатывается и обезвреживается лишь 18%. Общая площадь организованных хранилищ для токсичных отходов составляет 11 тыс. га, при этом не учитываются неорганизованные хранилища и свалки, на которые, по данным инвентаризации, вывозится около 4 млн. т высокотоксичных отходов. Следует также выделить проблемы, связанные с образованием твердых бытовых отходов (ТБО) и осадков сточных вод. Ежегодно в Российской Федерации образуются 140 млн. м 3 ТБО. Около 10 тыс. га дефицитных пригородных земель отчуждены для размещения полигонов ТБО, не считая множества «диких» свалок. Проблема переработки ТБО в России практически не решается, общая мощность мусороперерабатывающих и мусоросжигающих заводов составляет около 5 млн. м 3/год, т. е. всего 3, 5% общего объема образующихся ТБО. Суммарное годовое количество осадков сточных вод составляет 30— 35 млн. м 3, или в пересчете на сухое вещество — 3— 3, 5 млн. т; они разнообразны по качественному составу и свойствам и содержат значительные количества ионов тяжелых металлов, токсичных органических и минеральных соединений, нефтепродуктов. На подавляющем большинстве очистных сооружений не решены вопросы удаления и переработки образующихся осадков, что приводит к бесконтрольному сбросу жидких токсичных отходов в водные объекты. Приведенные в таблице данные по объемам образования и размещения отходов, отражаемые в различных формах отчетности и инвентаризации, на наш взгляд, явно занижены, и их фактические объемы, особенно токсичных отходов, превышают цифры, представленные в формах отчетности. Показаны лишь те отходы, которые нельзя скрыть. Неучтенных загрязнителей окружающей среды огромное количество.
Большая доля загрязнения окружающей среды — неорганизованные свалки вокруг садовых кооперативов и дачных участков. А в Москве в каждом дворе, вокруг каждого дома образовались огромные «залежи» неубираемых и гниющих месяцами бытовых отходов. Москва превратилась в город свалок, в котором их объем возрастает каждый год на миллионы тонн, как и промышленных, так и бытовых. В ряде городов случайно были обнаружены подземные озера масел, дизельного топлива. Около Курской нефтяной базы на глубине 7 м обнаружено «месторождение» дизельного топлива и бензина объемом около 100 тыс. т, занимающее площадь до 10 га. Аналогичные «месторождения» найдены в Туле, Орле, Ростове и на Камчатке. От неучтенных сбросов гибнут малые реки, особенно в Калмыкии, Башкирии, Белгородской, Воронежской, Саратовской, Челябинской, Вологодской областях. Нефтепродукты и фенолы задушили речку Охту в Петербурге — их предельно допустимые концентрации превышены там в 10 раз. Все эти примеры можно отнести к неучтенным загрязнениям окружающей среды — это хроническая экологическая бесхозяйственность. Если условно принять за 100% общий экологический беспорядок, то значительная его часть — 30— 40% приходится на последствия местной бесхозяйственности. Это огромный резерв улучшения сферы обитания человека, не требующий ни рубля затрат. Наше отечество ставит уникальный эксперимент. Нигде и никогда в цивилизации не скапливалось столько грязи. Нигде и никогда в истории люди так подолгу и упорно не жили в этой грязи. Поэтому все то, что касается хронических эффектов, накопления эффектов поколений, все то, что Запад не знает по причине несвоевременного переосмысления в пользу сохранения природы, мы имеем в полной мере. Проблема переработки скапливающихся отходов становится в современных условиях одной из первоочередных проблем, которые необходимо решать немедленно для сохранения окружающей среды и своего собственного здоровья.
ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРОГРАММА «ОТХОДЫ» В целях реализации норм и положений Закона «Об охране окружающей природной среды» Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов разрабатывается Российская Государственная программа «Отходы» . Основная цель этой программы состоит в обеспечении одного из условий экологически безопасного развития страны: стабилизации, а в дальнейшем сокращении загрязнения окружающей среды отходами и экономии природных ресурсов за счет максимально возможного вторичного вовлечения отходов в хозяйственный оборот. Программа предусматривает решение следующих задач: снижение объемов образования отходов на основе внедрения малоотходных и безотходных технологий; сокращение на основе применения новых технологических решений видов и объемов токсичных и опасных отходов; повышение уровня использования отходов; эффективное использование сырьевого и энергетического потенциала вторичных материальных ресурсов; экологически безопасное размещение отходов; целенаправленное распределение финансовых и иных ресурсов на удаление отходов и их вовлечение в хозяйственный оборот. Программа должна предусмотреть единую научно обоснованную систему формирования и реализации федеральной, региональных и отраслевых программ, охватывающих комплексное решение проблемы на различных уровнях управления. По отходам, переработка которых требует создания региональных специализированных предприятий или объемы образования которых таковы, что предприятия не могут самостоятельно решить проблему использования отходов, разрабатываются региональные программы.
Отраслевые министерства и ведомства разрабатывают науч но техническую политику в области снижения объемов образова ния отходов и повышения уровня их использования по обез вреживанию отходов на предприятиях этих отраслей, а также соответствующие научно технические и экологические програм мы и участвуют в разработке и реализации федеральной и реги ональных программ. Разработка Государственной программы «Отходы» предус матривается в два этапа: первый этап охватывает период с 1994 по 2000 г. по выполнению первоочередных мероприятий, второй этап рассчитан соответственно на 2001— 2010 гг. В концепции определены цели, задачи и структура програм мы, а также задания, необходимые для ее разработки и реа лизации. Контроль за реализацией программы возложен на Министер ство охраны окружающей среды и природных ресурсов. Информационное обеспечение. Своевременное информацион ное обеспечение программы — это одно из важнейших условий ее успешной разработки и реализации. В Российской Федерации отсутствует единая информа ционная система по отходам. Такая информация частично соде ржится в статистической отчетности , а также в экологических паспортах пред приятий. Однако зачастую эти паспорта не заполняются и не всегда отражают истинное экологическое состояние предприятий. В некоторых отраслях промышленности и в регионах раз работаны и функционируют автоматизированные банки данных по отдельным видам отходов. Однако отсутствие единой системы накопления информации и обмена ею, а также координации деятельности указанных банков снижает их информационную ценность, приводит к дублированию информационных докумен тов и не позволяет обеспечить полное информационное обслуживание.
В целях повышения эффективности информационного обес печения программы должны быть разработаны система единого государственного информационного банка «Отходы» и ее струк тура, включающая создание информационных систем на уровне предприятия, региона, отрасли и Российской Федерации в це лом. Информационный банк должен содержать сведения об отходах, технологиях, оборудовании и эффективности перера ботки, сведения об отечественном и зарубежном научно тех ническом потенциале, о проводимых и внедренных НИР и ОКР, о конъюнктуре отечественного и зарубежного рынка вторичного сырья и пр. Создание единой информационной системы предполагается осуществлять по следующим основным направлениям: научно методическое обеспечение системы, формирование специализированных банков и справочно информационное обеспечение потребителей. Научно методическое обеспечение системы заключается в разработке документов, определяющих организационно функциональную структуру системы, основные принципы и направления ее развития, а также комплекса нормативно технических и методических документов, обеспечивающих техническую и языковую совместимость и взаимодействие подсистем. В состав специализированных банков должны входить: банк сведений по полигонам, хранилищам, отвалам и другим местам хранения и захоронения отходов; банк внедренных технологий и оборудования по переработке отходов; банк отечественных и зарубежных НИР и ОКР; банк патентно информационных документов; банк сведений об отечественных и зарубежных фирмах, предприятиях и организациях, занятых вопросами сбора, переработки и реализации отходов;
банк сведений о конъюнктуре отечественного и международного рынков отходов. Банк отходов должен содержать сведения об объемах отходов и источниках их образования, об объемах и направлениях их использования, лимитах размещения и размерах платежей, о физико химических свойствах и классах токсичности, сведения о полигонах, шламо и хвостохранилищах, свалках, объектах размещения и уничтожения отходов на уровне предприятий, регионов и в целом по России. Банк внедренных технологий и оборудования по переработке отходов должен содержать данные об основных технико экономических показателях производств, сведения об организациях разработчиках и предприятиях, внедривших разработки, с указанием их адресных данных и года внедрения разработки. Банк отечественных и зарубежных НИР и ОКР должен содержать сведения об организациях разработчиках и сроках выполнения работ, о проектных технико экономических показателях и стадиях разработок. Банк сведений о конъюнктуре отечественного и международ ного рынков отходов должен содержать сведения о спросе и предложении на конкретные виды отходов, об оборудовании и технологиях по переработке отходов и пр. Для координации работы информационной системы при Минприроде России предполагается создать Российский инфор мационный центр по отходам. Научно-техническое обеспечение. В настоящее время в Россий ской Федерации научные исследования и разработки в области удаления отходов осуществляются практически во всех отраслях народного хозяйства, на региональном уровне, на отдельных предприятиях, в созданных в последние годы ассоциациях и т. п. Однако разрабатываемые ими проекты касаются, как правило, только тех видов отходов, переработка которых оправдывает себя с экономической точки зрения.
При наличии множества выполненных НИР и ОКР зна чительная их часть остается нереализованной из за отсутствия материальных и финансовых средств на развитие производ ственных мощностей по переработке отходов. К тому же от раслевой подход к переработке многих видов многокомпо нентных отходов не позволяет осуществить их комплексную переработку. Учитывая, что научно технический прогресс является одним из важнейших путей успешной реализации программы, необходи мо предусмотреть выполнение следующих мероприятий: создание единого координирующего органа по формирова нию технической политики в области удаления отходов; определение видов отходов, имеющих большое значение в качестве сырьевых ресурсов, а также отходов, вызывающих наибольшее загрязнение окружающей среды и обеспечение науч ных исследований в направлении их использования и размещения; обеспечение материально технической базы научных и произ водственных организаций и предприятий, деятельность которых связана с удалением отходов; определение источников финансирования научных исследова ний из федерального и регионального бюджетов, а также из экологических фондов, привлечение средств отечественных ком мерческих структур и зарубежных инвестиций и других источ ников. При этом научные исследования, помимо разработки технологических процессов и оборудования, должны включать фундаментальные исследова ния в области предотвращения образования отходов, исследова ния по совершенствованию экономического, правового, норма тивно методического механизмов управления отходами, работы по информационному обеспечению всех видов деятельности в области удаления отходов.
Проблемные научно технические разработки имеют большое значение для предприятий различных регионов и отраслей эко номики, однако реализация их связана с определенным эконо мическим риском, а проведение таких разработок требует прив лечения высококвалифицированных специалистов. Исходя из этого, подобные разработки должны финансироваться из цент рализованных источников. К числу таких разработок относятся переработка и обезвреживание трудноперерабатываемых и мно гокомпонентных отходов, отходов межотраслевого характера, особо токсичных и пр. Совершенствование системы управления отходами. В условиях радикальной экономической реформы в России вопросы исполь зования отходов по существу выпали из сферы централизован ного государственного управления. Разработка программы «От ходы» потребовала формирования структуры и определения функ ций управления и координации деятельности в области образова ния, использования и размещения отходов. Это, в свою очередь, вызвало необходимость создания в Минприроды России или при нем специального подразделения (управления), которое осуществ ляло бы государственную политику в области отходов. Аналогичная задача стоит и перед территориальными комитетами по эко логии и природным ресурсам. Поскольку проблема отходов масштабна, то в ее решении должны принимать участие и другие государственные органы управления: Минэкономики России, Минфин России, отраслевые министерства, Минздравмедпром России и его территориальные департаменты, а также санитарные службы, Госкомстат России с подразделениями на местах и Госстандарт России. Важную роль в решении поставленных задач должны играть органы законодательной и исполнительной власти республик в составе Российской Федерации, краев, областей, автономных образований, городов.
При разработке системы государственного управления отхода ми следует исходить из того, что объектами управления являются как все источники образования отходов, так и их потребители, а управляющее воздействие должно осуществляться по трем страте гическим направлениям: создание условий для снижения количества отходов; обеспечение роста объемов использования отходов; создание экологически безопасных условий хранения и захоро нения отходов. В условиях рыночной экономики приоритет в государственном регулировании должен принадлежать правовым, нормативным и экономическим методам управления. При этом должны исполь зоваться не только меры экономического стимулирования, но и меры экономического воздействия (платежи за загрязнение окру жающей среды, штрафы и санкции за нарушение экологического законодательства и т. п. ). К административным методам управления относятся проведе ние государственной экспертизы деятельности предприятий, раз работка и осуществление государственных программ в области образования и использования отходов, а также координация деятельности, как государственных органов управления, так и ком мерческих структур. Одним из важных направлений управления является организа ция подготовки кадров — специалистов различных отраслей про мышленности и сферы услуг, связанных с проблемами образова ния, обезвреживания и использования отходов. Программа долж на предусматривать различные формы обучения специалистов го сударственных и коммерческих структур, а также подготовку студентов вузов и техникумов. В настоящее время сбором, заготовкой, переработкой, обез вреживанием и размещением отходов занимаются как государст венные организации и предприятия, так и новые коммерческие структуры, такие, как оптово посредническая производственно заготовительная фирма «Вторресурсы» , концерны «Вторчермет» , «Вторцветмет» , «Вторнефтепродукт» , биржи и т. д.
В настоящее время сбором, заготовкой, переработкой, обез вреживанием и размещением отходов занимаются как государст венные организации и предприятия, так и новые коммерческие структуры, такие, как оптово посредническая производственно заготовительная фирма «Вторресурсы» , концерны «Вторчермет» , «Вторцветмет» , «Вторнефтепродукт» , биржи и т. д. Программой «Отходы» предусматриваются совершенствова ние экономического механизма управления отходами; разработка основ эколого экономической оценки мероприятий, включаемых в программу; совершенствование правового регулирования образо вания, использования и размещения отходов; создание системы мониторинга по отходам; разработка мероприятий по экологичес ки безопасному размещению отходов; разработка предложений по конкретным видам отходов.
ЧТО ТАКОЕ БИОГАЗ? В последнее время все большее внимание привлекают нетрадиционные, с технической точки зрения, источники энергии: солнечное излучение, морские приливы и волны и многое другое. Некоторые из них, например, ветер, находили широкое применение и в прошлом, а сегодня переживают второе рождение. Одним из «забытых» видов сырья является и биогаз, использовавшийся еще в Древнем Китае и вновь «открытый» в наше время. Что же такое биогаз? Этим термином обозначают газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации (перепревания) органических веществ самого разного происхождения. В любом крестьянском хозяйстве в течение года собирается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским жителям. Биогаз смесь газов. Его основные компоненты: метан (СН 4) 55 70% и углекислый газ (СО 2) 28 43%, а также в очень малых количествах другие газы, например сероводород (H 2 S). 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.
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°. Существуют определенные требования и к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий, содержать биологически разлагающееся органическое вещество и в большом количестве воду (90 94%). Желательно, чтобы среда была нейтральной 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 три 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.
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА Ферментатор находится в яме диаметром около 4 м и глубиной 2 м (объем примерно 25 м 3), 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. Ферментатор загружается примерно 12 м 3 свежего навоза, поверх которого выливается коровья моча (без добавления соды). Генератор начинает работать через 7 дней после наполнения. Еще одна установка отличается любопытной конструктивной деталью: рядом с ферментатором уложены присоединенные к нему с помощью Т образного шланга три большие тракторные камеры, соединенные и между собой (рис. 2). В ночное время, когда биогаз не используется и накапливается под колом, возникает опасность, что последний из за избыточного давления опрокинется. Резиновый резервуар служит дополнительной емкостью. Ферментатора размером 2 x 2 x 1, 5 м вполне достаточно для работы двух горелок, а при увеличении полезного объема установки до 1 м 3 можно получить количество биогаза, достаточное и для обогрева жилища. Особенность этого варианта установки устройство колокола Ø 138 см и высотой 150 см из прорезиненного полотна, применяемого для изготовления надувных лодок. Ферментатор представляет собой металлический резервуар Ø 140 x 300 см и имеет объем 4, 7 м 3. 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°.
Разбухающий резервуар из тракторных камер 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. Биогаз можно использовать и в государственных или кооперативных хозяйствах. Вот одна из установок. Она имеет два ферментатора емкостью по 200 м 3, закрытых каркасом с полиэтиленовой пленкой (рис. 3). Зимой навоз обогревается горячей водой. Производительность установки составляет 300 480 м 3 газа в день. Такого количества вполне хватает для обеспечения всех потребностей местного агропромышленного комплекса.
ПРАКТИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ Как уже отмечалось, решающую роль в развитии процесса ферментации играет температура: нагрев сырья с 15 до 20° может вдвое увеличить производство энергоносителя. Поэтому часть генераторов имеет специальную систему подогрева сырья, однако большинство установок не оборудовано ею; они используют лишь тепло, выделяемое в процессе самого разложения органических веществ. Одним из важнейших условий нормальной работы ферментатора является наличие надежной теплоизоляции. Кроме того, необходимо свести к минимуму потери тепла при очистка и наполнении бункера ферментатора. Использование в качестве сырья смеси разных органических веществ дает больше биогаза, чем при загрузке ферментатора одним из компонентов. Влажность сырья рекомендуется немного уменьшать зимой (до 88 90%) и повышать летом (92 94%). Вода, которую используют для разбавления, должна быть теплой (желательно 35 40°). Сырье подается порциями, по крайней мере, один раз в сутки. После первой загрузки ферментатора нередко сначала вырабатывается биогаз, который содержит более 60% углекислого газа и поэтому не горит. Этот газ удаляют в атмосферу, и через 1 3 дня установка начнет функционировать нормально. Современный свинокомплекс, где счет поголовья идет на десятки тысяч, производит огромные количества навоза. Навоз всегда считался ценным удобрением. Но это, так сказать, классический навоз, по преимуществу конский или коровий, да еще щедро сдобренный соломой из подстилки.
На современной свиноферме навоз совсем другой. Подстилки там и в помине нет навоз смывают водой, количество стоков от этого увеличивается во много раз, а концентрация сухих веществ тех, в которых и заключена удобрительная ценность навоза, уменьшается до нескольких процентов. Все это гигантское количество жижи приходится где то хранить хотя бы от осени до весны, в период, когда удобрения не вносят. Выдерживать навоз нужно еще и для того, чтобы обезвредить всегда присутствующих в нем патогенных микробов, яйца гельминтов и семена сорняков, которые после внесения в почву немедленно, пойдут в рост. В итоге, например, в совхозе , где свиней 20 тысяч с небольшим, пришлось запроектировать навозохранилища объемом 80 тысяч кубометров даже при трехэтажной высоте они заняли бы целый гектар, а стоили бы почти столько же, сколько сам свинокомплекс. К тому же очень трудно предотвратить просачивание такого жидкого навоза в землю, в подземные воды, в реки. Да и атмосферу он загрязняет зловонием. . . Обезвреживание навозных стоков, особенно свинокомплексов, превратилось в серьезную проблему в масштабе всей страны.
ЗАМЕЧАТЕЛЬНОЕ СООБЩЕСТВО Один микробиологический способ обезвреживания навоза, да и любых других органических остатков, известен давно это компостирование. Отходы складывают в кучи, где они под действием микроорганизмов аэробов понемногу разлагаются. При этом куча разогревается примерно до 60°С и происходит естественная пастеризация погибает большинство патогенных микробов и яиц гельминтов, а семена сорняков теряют всхожесть. Но качество удобрения при этом страдает: пропадает до 40 % содержащегося в нем азота и немало фосфора. Пропадает и энергия, потому что впустую рассеивается тепло, выделяющееся из недр кучи, а в навозе, между прочим, заключена почти половина всей энергии, поступающей на ферму с кормами. Отходы же от свиноферм для компостирования просто не годятся: слишком они жидкие. Но возможен и другой путь переработки органического вещества сбраживание без доступа воздуха, или анаэробная ферментация. Одна корова производит в сутки до 500 литров метана; из общей продукции метана на Земле почти четверть 100 200 млн. тонн в год! имеет такое "животное" происхождение. Примерно такое сообщество микроорганизмов и приспособили для решения задачи переработки отходов свиноферм. По сравнению с аэробным разложением при компостировании анаэробы работают медленнее, но зато гораздо экономнее, без лишних энергетических потерь. Конечный продукт их деятельности биогаз, в котором 60 70 % метана, есть не что иное, как концентрат энергии: каждый кубометр его, сгорая, выделяет столько же тепла, сколько килограмм каменного угля, и в два с лишним раза больше, чем килограмм дров.
Во всех прочих отношениях анаэробная ферментация ничуть не хуже компостирования. А самое важное что таким способом прекрасно перерабатывается жидкий навоз со свинофермы: пройдя через биореактор, эта зловонная жижа превращается в прекрасное удобрение. Два реактора, объемом по 75 кубометров каждый, перерабатывают все отходы с фермы на 2500 свиней, давая остро необходимое всякому хозяйству высококачественное удобрение и по 300 500 кубометров газа в сутки. Дело не в биогазе. Главное то, что это единственная технология переработки и обеззараживания отходов свиноводства, которая себя окупает". Не газом окупает, а экологическим благополучием: иначе пришлось бы строить и навозохранилища, И очистные сооружения, тратить большие деньги и очень много энергии. Кроме того, совхоз получает хорошее удобрение: в нем нет, как в свежем навозе, семян сорняков, способных прорасти, а значит, меньше надо расходовать гербицидов. Опять таки, экологическая выгода. Биогаз же как бесплатное приложение. Именно поэтому не так просто подсчитать экономическую эффективность подобных разработок. Обычно считают как раз по биогазу: затраты такие то, газа получено столько то, соответствующее количество солярки стоит столько то. Получается, в общем, тоже выгодно, но сроки окупаемости не рекордные.
КАК ПОСТРОИТЬ БИОРЕАКТОР Биогазовая установка может быть создана в любом хозяйстве из местных, доступных материалов силами специалистов самого хозяйства. Ферментация навоза идет в анаэробных (бескислородных) условиях при температуре 30 55 ° С (оптимально 40 °С). Длительность ферментации, обеспечивающая обеззараживание навоза, не менее 12 суток. Для анаэробной ферментации можно использовать как обычный, так и жидкий, бесподстилочный навоз, который легко подается в биореактор насосом. При ферментации в навозе полностью сохраняются азот и фосфор. Масса навоза практически не изменяется, если не считать испаряемой воды, которая переходит в биогаз. Органическое вещество навоза разлагается на 30 40 %; деструкции подвергаются в основном легко разлагаемые соединения жир, протеин, углеводы, а основные гумусообразующие компоненты целлюлоза и лигнин сохраняются полностью. Благодаря выделению метана и углекислого газа оптимизируется соотношение C/N. Доля аммиачного азота увеличивается. Реакция получаемого органического удобрения щелочная (р. Н 7, 2 7, 8), что делает такое удобрение особенно ценным для кислых почв. По сравнению с удобрением, получаемым из навоза обычным способом, урожайность увеличивается на 10 15 %. Получаемый биогаз плотностью 1, 2 кг/м 3 (0, 93 плотности воздуха) имеет следующий состав (%): метан 65, углекислый газ 34, сопутствующие газы до 1 (в том числе сероводород до 0, 1). Содержание метана может меняться в зависимости от состава субстрата и технологии в пределах 55 75 %. Содержание воды в биогазе при 40 °С 50 г/м 3; при охлаждении биогаза она конденсируется, и необходимо принять меры к удалению конденсата (осушка газа, прокладка труб с нужным уклоном и пр. ). Энергоемкость получаемого газа 23 м. Дж/м 3, или 5500 ккал/м 3.
Биогазовая установка
Основное оборудование биогазовой установки герметически закрытая емкость с теплообменником (теплоноситель вода, нагретая до 50 60 °С), устройства для ввода и вывода навоза и для отвода газа. Так как на каждой ферме свои особенности удаления навоза, использования подстилочного материала, теплоснабжения, создать один типовой биореактор невозможно. Конструкция установки во многом определяется местными условиями, наличием материалов. Для небольшой установки наиболее простое решение использовать высвободившиеся топливные цистерны. Схема биореактора на базе стандартной топливной цистерны объемом 50 м 3 показана на рисунке. Внутренние перегородки могут быть из металла или кирпича; их основная функция направлять поток навоза и удлинить путь его внутри реактора, образуя систему сообщающихся сосудов. На схеме перегородки показаны условно; их число и размещение зависят от свойств навоза от текучести, количества подстилки. Биореактор из железобетона требует меньше металла, но более трудоемок в изготовлении. Чтобы определить объем биореактора, нужно исходить из количества навоза, которое зависит как от численности и массы животных, так и от способа его удаления: при смыве бесподстилочного навоза общее количество стоков увеличивается во много раз, что нежелательно, так как требует увеличения затрат энергии на подогрев. Если суточное количество стоков известно, нужный объем реактора можно определить, умножив это количество на 12 (поскольку 12 суток минимальный срок выдержки навоза) и увеличив полученную величину на 10 % (так как реактор следует заполнять субстратом на 90 %). Ориентировочная суточная производительность биореактора при загрузке навоза с содержанием сухого вещества 4 8 % два объема газа на объем реактора: биореактор объемом 50 м 3 будет давать в сутки 100 м 3 биогаза.
Как правило, переработка бесподстилочного навоза от 10 голов крупного рогатого скота позволяет получить в сутки около 20 м 3 биогаза, от 10 свиней 1 3 м 3, от 10 овец 1 1, 2 м 3, от 10 кроликов 0, 4 0, 6 м 3. Тонна соломы дает 300 м' биогаза, тонна коммунально бытовых отходов 130 м: ). (Потребность в газе односемейного дома, включая отопление и горячее водоснабжение, составляет в среднем 10 м 3 в сутки, но может сильно колебаться в зависимости от качества теплоизоляции дома. ) Подогревать субстрат до 40° С можно различными способами. Удобнее всего использовать для этого газовые водонагревательные аппараты АГВ 80 или АГВ 120, снабженные автоматикой для поддержания температуры теплоносителя. При питании аппарата получаемым биогазом (вместо природного газа) следует его отрегулировать, уменьшив подачу воздуха. Можно также использовать для подогрева субстрата ночную электроэнергию. Аккумулятором тепла в этом случае служит сам биореактор. Для уменьшения потерь тепла биореактор необходимо тщательно теплоизолировать. Здесь возможны разные варианты: в частности, можно устроить вокруг него легкий каркас, заполненный стекловатой, нанести на реактор слой пенополиуриетана и пр. Давление газа, получаемого в биореакторе (100 300 мм вод. ст. ), достаточно для его подачи на расстояние до нескольких сотен метров без газодувок или компрессоров. При запуске биореактора необходимо заполнить его на 90 % объема субстратом и продержать не менее 12 суток, после чего можно подавать в реактор новые порции субстрата, извлекая соответствующие количества ферментированного продукта.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗА Тепло, получаемое при сжигании биогаза, может быть использовано, кроме подогрева воды (отопление, горячее водоснабжение) и приготовления пищи, для отопления теплиц, а в летний период, когда биогаз в избытке, для сушки сена и других кормов или, при питании биогазом абсорбционного холодильника, для охлаждения сельскохозяйственной продукции, например молока. Можно также применять биогаз для выработки электроэнергии, но это менее выгодно. Если несколько мелких ферм или индивидуальных хозяйств расположены поблизости друг от друга, целесообразно организовать централизованную переработку отходов и получаемый биогаз подавать на фермы или в хозяйства по трубопроводам. Есть еще одно направление использования биогаза утилизация углекислого газа, содержащегося в нем в количестве около 34 %. Извлекая углекислый газ путем отмывки (в отличие от метана он растворяется в воде), можно подавать его в теплицы, где он служит "воздушным удобрением", увеличивая продуктивность растений.
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ Биореактор объемом 50 м 3! дает в сутки 100 м 3 биогаза, из которых на долю "товарного" газа, приходится в среднем около 70 м 3 (остальное идет на подогрев реактора), что составляет 25 тыс. м в год количество, эквивалентное 16, 75 т жидкого топлива общей стоимостью 1105 р. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ При эксплуатации биореактора необходимо соблюдать все действующие нормы и правила работы с установками для сжигания природного газа. Биогаз имеет более узкий предел взрываемости, чем природный газ, от 6 до 12 % (вместо 5 15 %). Следует предусмотреть вентиляцию, которая должна обеспечивать в помещении объемом до 300 м (восьмикратный обмен воздуха в час).
Скачать презентацию МОУ Подовская средняя общеобразовательная школа Конкурс исследовательских проектов
f13a63545ada8ff7252c575ff85cfa3d.ppt