CC BY
60
УДК 620.95:504.7
ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ВОДООЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В КУЛЬТИВИРОВАНИИ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Д.С. СТРЕБКОВ, академик РАСХН, директор М.Ю. РОСС, кандидат биологических наук, научный сотрудник
ЮМ. ЩЕКОЧИХИН, доктор химических наук, главный научный сотрудник
ИЛ ПОРЕВ, кандидат технических, наук, зав. отделом ВИЭСХ
E-mail: [email protected]
Резюме. В статье представлены перспективы выращивания водорослей с целью очистки сточных вод и получения энергетического материала для переработки в биотопливо. Рассмотрены технологические и экономические аспекты систем совмещенного с выращиванием микроводорослей цикла очистки коммунальных сточных вод и обогащения их С02, которые позволяют считать целесообразным разработку промышленной методологии выращивания энергетической биомассы микроводорослей для оптимизации экономики производственного процесса очистки сточных вод и низкозатратного получения важного ресурса альтернативной энергетики многоцелевого назначения. Ключевые слова: альтернативная энергетика, новые технологии, биомасса, микроводоросли.
Сточные воды — прекрасный субстрат д ля выращивания микроводорослей — энергетическою источника производства биотоплива и биомассы многоцелевого использования [1]. Например, при выращивании СИЬгеНахаНпаъы-ход белка составляет до 51 % от сухой массы [21. Возможность интенсификации процесса роста водорослей СЫогеИа ругепаёш с усиленным массообраэованием и выделением биогаза показана на очистном комплексе Тайпо [3].
Наиболее распостраненные технологии очистки воды основаны на использовании коагуляционной флотации, систем биомембранной фильтрации и отстойных прудов (табл. 1) В общем объема промышленной переработки коммунальных вод станции с системами биомембранной фильтрации в США составляют 17 %, отстойные пруды — 35 %. а очистка методом ак-
Таблица 1. Основные технологические параметры переработки коммунальных вод [4]
Суммарная Энергети-
Технология обработки Число производ- ческая по-
стан- ственная требность,
ции мощность, млнт/день мегаватт ч /млн т
Коагуляцион-
ная флотация 6800 113,5 0,28...0,55
Системы био-
мембранной
фильтрации 2500 32,4 0,17...0,39
Отстойные
пруды 5100 9,08 0,08...0,31
тивированной шуги — 48 % от общего количества очистных сооружений.
Проблема очистки с использованием механических систем заключается в высоких энергетических затратах, особенно для удаления органических остатков, Подсчитано, что на эти цели в следующем десятилетии только в Соединенных Штатах будет затрачено более 20 млрддолл. США. У прудовых систем очистки есть ряд технических сложностей (выделение метана, слабая эффективность утилизации органических остатков, необходимость использования больших площадей, дорогостоящая химическая коагуляция отходов), из-за которых такой способ можно отнести к малоэффективным.
Наиболее перспективное решение проблемы очистки сточных вод—сопряженное с этим производственно-технологическим циклом культивирование микроводорослей (рис. 1).
Рис. 1. Использование микроводорослей в системах водоочистки
В первую очередь, водорослевая культура в очистных системах позволяет с минимальными затратами энергии производить кислород. Крометого, она обеспечивает утилизацию растворенного азота и фосфора, связывание С02 и производство биомассы. Однако, наряду с несомненными преимуществами, есть и ряд трудностей, среди которых можно выделить необходимость дезинфекции и избыточное накопление биомассы, удаление которой может осуществляться либо путем химической коагуляции и воздушной флотации, либо ручным или механизированным сбором при спуске прудов.
Химическая коагуляция и воздушная флотация осуществляются путем введения в среду солей металлов и полимеров на основе бензина с последующей продувкой воздушно-водяной смесью под давлением и механическим удалением хлопьев водорослевой массы (рис. 2).
Отстойные пруды достаточно экономичны по капитальным вложениям и операционным расходам. Также
МIРК №\ ТУЧ h Р Pbkf >Н \ Я СМЕСЬ
Таблица 2. Зависимость сроков переработки коммунальных вод от типа отстойных прудов [4].
Тип пруда Тип переметив ания Сроки отстаивания, дни
Обычный Слабое 20... 100
Высокопродук- Активное механиче-
тивный скими аэраторами 4...5
Рис. 2. Стандартное промышленное оборудование, используемое для флотационного сбора водорослевой массы [4|.
они перспективны как естественные реакторы, производящие биомассу водорослей для использования в качестве сырья для переработ ки в биотопливо.
В оптимальной выростной среде культивирования микроводорослей соотношение углерод-азот-фосфор составляет 50:8:1, а в коммунальных сточных водах оно находится на уровне 20:8:1. При принудительном обогащении углекислым газом процесс переработки сточных вод многократно ускоряется (табл. 2). Одновременно происходит интенсификация выделения биогаза, который можно утилизировать в цикле систем очистки, уменьшая тем самым расходную часть этого процесса.
Подсчитано, что использование энергетических материалов, произведенных микроводорослями отстойных
прудов позволяет сократить затраты энергии очистными сооружениями на 3,3 киловатте с каждого литра, изготовленного при переработке масла [3]. Остаточная масса водорослей после экстракции масел для производства биодизельного топлива, служит основой для экологически сбалансированного удобрения. С каждой I тыс. т переработанных сточных вод при культивировании водорослей в коммунальных отстойных прудах стандартного типа образуется 0,1 т метана и 0,1 т удобрений.
В Новой Зелацдии выращивание водорослей с целью очистки сточных вод и получения энергетического материала для переработки в биотопливо организовано в промышленном масштабе [5]. Эго позволит получать до 1000 т биодизельного топлива в год. Очищенная вода при этом пригодна для ирригации, а после дополнительной счистки и для питьевых целей.
Рассмотренные аспекты позволяют считать целесообразным разработку методологии промышленного выращивания энергетической биомассы микроводорослей для оптимизации экономики процесса очистки сточных вод и низкозатратного получения важного ресурса для альтернативной энергетики.
Литература.
1. Genera! features of algal growth in sewage oxidation ponds. A report of the Univ.Calif to the California State Water Pollution Control Board, Calif.State Printing Div., 1955, 48pp.
2. K. Wong, Kwong-yu Chan. Algal single cell protein production from sewage effluent with high salinity. Cellular and Molecular Life Sciences, Vol. 36, Number 9,1065-1066, 1980.
3. M.H.Wong, Y.H.Cheung, Gas production and digestion efficiency of sewage sludge containing elevated toxic metals. Bioresource technology, 1995, vol. 54, tf3,pp. 261-268.
4. T.Lundkwist, Production of microalgae on sewage. Proceedings of Polytechnical Univ. S. Lewis, 2007, p. 1-17.
5. E.Kiong. NZfirm makes bio-diesel from sewage in world first. The New Zealand Herald, October 22, 2008.
INDUSTRIAL AND TECHNOLOGICAL POTENTIAL OF MICROALGAE CULTIVATION IN THE SYSTEMS OF THE COMMUNAL WASTE WATERS TREATMENT AND IT IMPORTANCE FOR ALTERNATIVE ENERGY D.S. Strebkov, M.Yu. Ross,Yu.M. Shchekochikhin, I.A. Porev
Summary. In the article is outlined cultivation of algae with the double target: water purification and receiving of energy materials for processing to bio-fuel. In article are discussed technological and economical aspects that give perspectives of optimization of waste water treatment combined with receiving of important raw material with multifunctional purpose for alternative energy. Key words: alternative energy, renewable energy, new technologies, biomass, micro-algae.
УДАЛЕНИЕ ЖИРОВ МЕТОДОМ ФЛОТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД
И. И. ПАВЛИНОВА, доктор технических наук, профессор
ЛИ. АНДРЮШИН, аспирант Московский институт коммунального хозяйства и строительства Тел.:(495)6783273
УДК 628.543
Резюме. Показана возможность управления размерами пузырей и оптимизации процесса флотации. По результатам проведенных исследований разработана методика определения оптимальных характеристик флотатора и выданы рекомендации по расчету параметров флотационных установок.
