CC BY
101
УДК 631.3:631.8 (571.54) Ю.Ц. Бадмаев
ЭФФЕКТИВНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОРГАНИЧЕСКИХ СТОКОВ В БАЙКАЛЬСКОМ РЕГИОНЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ АНАЭРОБНОГО БИОФИЛЬТРА
Предлагается технология, основанная на применении биореактров второго поколения с анаэробным биофильтром в камере сбраживания. Для снижения энергетических затрат биотехнологического температурного процесса переработки стоков приведены результаты исследования по применению солнечных коллекторов.
Ключевые слова: органические стоки, биореактор, анаэробный биофильтр, солнечный коллектор.
Yu.Ts. Badmayev
EFFECTIVE RECYCLING OF ORGANIC RUNOFF IN BAYKAL REGION WITH ANAEROBIC BIOFILTER APPLICATION
The technology based on the application of second generation bioreactors with anaerobic biofilter in the fermentation camera is offered in the article. The results of the research of solar collector application are given in order to decrease the energy expenseses of the bio technological thermal process of runoff recycling.
Key words: organic runoffs, bioreactor, anaerobic biofilter, solar collector.
Анализ состояния окружающей среды в бассейне озера Байкал показывает, что с каждым годом увеличивается сброс сточных вод в реки, впадающие в озеро, в недостаточно очищенном или загрязненном виде [1], т.е. переработка органических стоков человеческой деятельности в природоохранной зоне в настоящее время представляет серьезную проблему. Во многих регионах территории неканализированных населенных мест загрязнены органическими отходами, болезнетворными бактериями, яйцами гельминтов и т.д. Эти органические и бактериальные загрязнения при паводках, с талыми и дождевыми водами смываются в озеро Байкал. Применение на практике широко распространенного технического решения канализирования отдельного объекта, со сбором стоков в накопители и последующим их вывозом, приводит к загрязнению близлежащих водоемов и территорий.
Водоотведение отдельно стоящих объектов характеризуется высокой неравномерностью притока органических стоков по расходу, составу и концентрации загрязнений. Нередки длительные перерывы в образовании стоков, например, из-за сезонных нахождений посетителей. Эти особенности водоотведения малых объектов канализирования крайне отрицательно сказываются на условия проведения процесса переработки органических стоков, которые усугубляются тем, что на автономных очистных сооружениях, как правило, нет специализированного обслуживающего персонала. В этом случае очистные сооружения должны отвечать следующим требованиям: простота в монтаже и эксплуатации, эффективность и надежность в работе, низкая энергоемкость [1,2,]. В связи с этим, одним из приоритетных направлений выхода из сложившейся ситуации является применение биотехнологических методов переработки органических стоков в биореакторах с анаэробным биофильтром.
Научные исследования, проводимые на кафедре «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова, направлены на снижение риска загрязнений окружающей среды, водного и воздушного бассейна уникальной природной территории озера Байкал путем применения системы биотехнологической переработки органических стоков, основным достоинством которого является применение двухступенчатой технологии БЭУ-С (рис.), т.е. первая ступень - биореактор предварительной подготовки исходной массы к сбраживанию повышает эффективность процесса, а вторая ступень - биореактор с биофильтром обеспечивает интенсивность переработки органических стоков. Поскольку разложение органических стоков происходит за счет деятельности метанообразующих бактерий, существенное влияние на него оказывает температурный режим биотехнологического процесса в камере сбраживания биореактора, который находится в пределах 34-37 °С (мезофильный режим), поэтому эти затраты можно компенсировать путем применения солнечных коллекторов тепловой энергии или биогаза, образованной в результате переработки органической массы [3].
Технологическая схема двухступенчатой анаэробной переработки органических стоков
в природоохранной зоне озера Байкал:
1 - курортно-санаторный объект; 2 - сборник стоков; 3 - биореактор-предсбраживатель;
4 - биореактор с биофильтром; 5 - отстойник; 6 - разделитель органических стоков на фракции;
7 - пруд-накопитель; 8 - мокрый газосборник; 9 - газгольдер биогаза; 10, 11 - фекальные насосы;
12 - котел; 13 - компрессор; 14 - солнечный коллектор; 15 - твердая фракция
Технология включает в себя ряд последовательных операций (биореактор-предсбраживатель и биореактор с анаэробным биофильтром) и ее можно охарактеризовать как интенсивную, природоохранную и ресурсосберегающую. Представленная технология позволяет получить энергию в виде биогаза и ценное органическое удобрение.
Успешная реализация сложившейся проблемы переработки хозяйственно-бытовых органических стоков в природоохранной зоне озера Байкал достигается при решении следующих поставленных задач:
• создание модельного полигона для отработки и демонстрации технологии биотехнологической переработки органических стоков в двухступенчатой биоэнергетической системе общей производительностью 5,0 м3/сут.;
• разработка и внедрение анаэробных биофильтров для повышения эффективности переработки стоков и увеличения производительности биоустановок;
• оценка качества перерабатываемого сырья;
• монтаж солнечных пластиковых коллекторов солнечной энергии для снижения энергоемкости технологического процесса анаэробного сбраживания органических стоков;
• определение значимости предлагаемой технологии на изменение, т.е. на улучшение социальнобытовых условий;
• оценка результативности применения биоэнергетической установки.
БЭУ-С в природоохранной зоне.
Строительным материалом для создания биоэнергетической установки служит стальной лист или бетонные кольца. Герметичность достигается путем применения цельных стальных или бетонных резервуаров с дополнительной окраской и облицовкой наружной поверхности с использованием синтетических полимерных материалов и армированных стекловолокон.
Анаэробный биофильтр устанавливается внутри камеры сбраживания реактора и предназначен для повышения эффективности работы БЭУ, т.е. увеличения процесса метаногенеза за счет использования перемещающихся развитых поверхностей с иммобилизованными на них метаногенными сообществами и представляет собой форму шара или цилиндра жесткой конструкции и состоит из лопастей-мешалок, которые натянуты капроновой сеткой с ячейкой 30х30 мм и диаметром 2...3 мм и вращаются вокруг своей оси с помощью выталкивающей силы образующегося биогаза, который скапливается в камере. Капроновая сетка
имеет развитую и ворсистую поверхность, пригодную для иммобилизации микроорганизмов, осуществляющих процесс метаногенеза [4]. Удельная поверхность биофильтра составляет 24.40 м2/м3 в зависимости от объема метантека, что обеспечивает иммобилизацию максимального количества метанообразующих микроорганизмов и увеличивает эффективность производства биогаза, которая составляет 3,5...4,0 м2 с 1 м3 рабочего объема, т.е. развитие метаногенной микрофлоры (биопленки) на рабочих поверхностях биофильтра контролируется выходом биогаза.
Двухступенчатая система анаэробной переработки органических стоков дает возможность сэкономить тепловые потери, снизить энергозатраты на перемешивание, уменьшить габариты емкостей за счет увеличения скорости метаногенеза, обеспечить более полную минерализацию исходного сырья.
С целью сохранения теплопотерь на нагрев реактора в наиболее холодное время года предлагается сооружать биоэнергетическую установку работающую циклично, т.е. варианты сезонных режимов загрузки биореакторов.
При реализации биотехнологических методов переработки органических стоков в природоохранной зоне озера Байкал можно ожидать следующие результаты:
• снижение риска загрязнения водоисточников;
• улучшение состояния атмосферного воздуха в природоохранной зоне путем устранения неприятных запахов сероводорода на территории массового отдыха и лечения людей, так как технология переработки хозяйственно-бытовых стоков осуществляется в анаэробных условиях;
• отказ от дорогостоящих трубопроводов и накопителей, услуг откачки и транспортировки в места утилизации фекальных стоков;
• применение анаэробных биофильтров (прикрепленная микрофлора) позволит постоянно иметь в зоне переработки запас биомассы микроорганизмов, что обеспечит устойчивую работу биоустановок в условиях высокой неравномерности притока органических стоков по расходу, составу и концентрации загрязнений;
• полученный в результате переработки хозяйственно-бытовых стоков биогаз является дополнительным источником энергии для самого биотехнологического процесса;
• внедрение солнечных коллекторов и концентраторов солнечной энергии позволят отказаться от дорогостоящих традиционных энергоносителей.
Таким образом применение эффективной технологии анаэробной переработки органических стоков человеческой деятельности позволит снизить риск загрязнения водоисточников, улучшить состояние атмосферного воздуха в природоохранной зоне и сократить трудовые и материальные затраты на экологию Байкальского региона.
Применение анаэробного биофильтра в технологическом процессе переработки органических стоков позволит постоянно иметь запас биомассы микроорганизмов, что обеспечит устойчивую работу очистных сооружений и повысит эффективность их работы в природоохранной зоне.
Литература
1. Охрана окружающей среды в Республике Бурятия: сб. №6-02-08 / Бурятстат. - Улан-Удэ, 2005. - 58 с.
2. Ковалев, А.А. Технологии и технико-экономическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза животноводческих ферм: дис. .д-ра техн. наук / А.А. Ковалев. - М., 1998.
3. Тайшин, В.А. Проблемы энергообеспечения животноводства Восточной Сибири. Анаэробная переработка отходов животноводства в биогаз и удобрение / В.А. Тайшин, Ю.Ц. Бадмаев, А.А. Ковалев // Энергообеспечение и энергосбережение в с.х. - М., 2003. - Ч.1. - С. 197-200.
4. А.с. 1599319 СССР. Аппарат для анаэробного сбраживания органических отходов животноводства, пищевой промышленности и городских стоков / Ю.Ц. Бадмаев, В.Р. Крюков, А.А. Ковалев. - Заявл. 21.06.1988; опубл. 15.10.1990, Бюл. №38.
'--------♦------------
