Спосіб хемосорбційної очистки біогазу Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК: 662.767.2:504.062

Макишко Л.М., здобувач © Лъв\всъкий нацюналънийутеерситет ветеринарногмедицини та бютехнологт

Iмет С.З. Гжицъкого

СПОС1Б ХЕМ0С0РБЦ1ЙН01 ОЧИСТКИ БЮГАЗУ

Запропоноеано спосгб хемосорбцшног очистки бюгазу, який забезпечуе його очистку з одержанням висококалортного, з еисоким вмгстом метану горючего бюгазу. При досягнент концентрацп азоту 16,4-20,5% у вод/ очисного пристрою, через яку пропускаютъ бюгаз, ргдину в1дбираютъ у герметичш емност1 / застосовуютъ для тдживленнярослин. Очистка бюгазу в першому хемосорберг з 10% водним розчином гдкого натрт здшснюетъся в/д вуглекислоти з утворенням соди, очистка в другому хемосорберг за допомогою концентрованог арчаног кислоти в/д амгаку з утворенням сульфату амошю з вм1стом азоту - 21%, с1рки - 24%. При цъому багаторазове пропускания бюгазу юлъкох циклгв бродтня через воду, хемосорбенти сприяютъ збыъшенню концентрацп корисних елемент1в у вод1, хемосорберах. Для здшснення випробованого способу необх1дна герметичшстъ з'еднанъ м1ж собою елемент1в бюгазовог установки та пристрою для очистки бюгазу - першого / другого хемосорберу з накопичувалъною емшстю .

Ключов1 слова: бюгаз, бюметан, парников/ гази, хемосорбц1я.

Постановка проблеми. Загроза потеплшня на Планет! е найглобальшшою еколопчною проблемою, яка може призвести до посилення танення льодовиюв, пщвищення р1вня води в Св1товому океаш та затопления великих територш сушг Парниковий ефект, зумовлений названиям нижшх шар1в атмосфери Земл1, впливае на кл1мат I умови кнування живих оргашзм1в. Це вщбуваеться внаслщок поглинання шфрачервоного випромшювання, вщбитого поверхнею Земл1, парниковими газами атмосфери (вуглекислим газом, метаном, закисом азоту та ¿и.). Протягом останшх ста роюв, внаслщок техшчного прогресу, добування нафти, вугшля, газу, масового вирубування лгав, розорювання цшинних земель, кшьккть вуглекислого газу зросла вщ 350 мкл/л до 700 мкл/л. Таке збшьшення концентрацп цього газу в атмосфер! дае змогу прогнозувати стале глобальне потеплшня на Планет1 до 2030 року з1 зростанням температури на 1,5-4,5° I пщвищенням р1вня Св1тового океану на 17-26 см. Другим за впливом на ефект потеплшня газом е метан. Його концентрация в атмосфер! Земл1 за останш 200 роюв зросла бшьше шж у два рази [1].

Украша, як I багато шших держав св1ту, гостро вщчувае вплив змш кл1мату. Кра!ш загрожують р1зш змши температурних умов, перетворення стешв твденного регюну на пустел1, затопления прибережних райошв Чорного

© Науковий кер1вник - д. б. н., професор Малик О. Г. Макашко Л.М., 2013

386

та Азовського мор1в, гостра нестача питно! води у твденних та схщних областях. Це загрожуе економ1чному розвитку краши вже у наступи! десятил1ття [2]. Украша за викидами парникових газ1в входить у двадцятку найбшьших забруднювач1в планети [2]. Головним зобов'язанням Украши за Рамковою Конвенщею ООН та Кютським протоколом е впровадження пол1тики скорочення викид1в газ1в у вс1х галузях економши та формування вщповщного законодавства. Тим бшьше, що розвинут1 краши планують до 2050 р. викиди вуглецю змеишити на 80%, що дасть змогу зменшити загальш викиди С02 у дв!ч! [2, 3].

За словами доктора Брайана В1нхолда, на сшьське господарство припадае приблизно чверть ус1х викид1в двоокису вуглецю [4]. А саме, при традицшних технолопях збер1гання I використання гною, мае мкце видшення парникових газ1в: метану, дюксину вуглецю, оксцщв азоту I с1рки [5]. Метан, теля двоокису вуглецю, який на 50% викликае парниковий ефект, е найбшьш поширеним забруднювачем пов1тря I на 20% викликае це явище. При окисненш метану проходить процес розкладання озону I вш цим самим робить свш внесок у збшьшення озоново1 д1ри в стратосфер!. Що стосуеться викид1в окис1в азоту, тут сшьське господарство е лщером завдяки широкому використанню азотних добрив, половину з яких використовують неефективно [4]. Закис азоту (N20) е трет1м за вагомютю парниковим газом. Екскременти тварин, що залишилися на пасовищах, - одне з основних його джерел.

Свинарство в загальнш структур! тваринництва Украши по об'ему викцщв парникових газ1в, а особливо метану СН4 I оксиду азоту N20, займае друге мюце. Еколопчна небезпека гною визначаеться значною концентращею в ньому токсичних сполук, а зокрема ам1аку, Ырководню, меркаптану, фенолу, крезолу I шших [6].

Згщно з даними Свропейського Союзу бшьше 80% ам1аку, що забруднюе атмосферу I 10% метану, який руйнуе озоновий шар, надходять ¿з гною при несвоечасному 1х закладанш у грунт, при збер1ганш у вщкритих накопичувачах [7]. Екологи Свропи вважають, що основною причиною азотовмюних кислотних дощ1в е незадовшьна робота з гноем. В £С прийнят1 закони про необхщшсть збер1гання рщкого гною в закритих накопичувачах анаеробного типу I про обов'язкову витримку твердого гною на майданчиках для компостування.

Внаслщок цього для прискорення бюх1м1чних процеав у гно! з послщуючим видшенням, вловлюванням I утил1защею шюдливих газ1в потр1бно розвивати I удосконалювати бютехнолопчш прийоми. Розвиток технологш та техшчних засоб1в виробництва бюгазу, спрямований на комплексне виршення проблем альтернативного енергозабезпечення тваринницьких ферм, виробництва високояюсних оргашчних добрив для кормовиробництва та утил1зацп оргашчних в1дход1в при зниженш р1вня емкш шкщливих речовин в оточуюче середовище, е першочерговим завданням сучасно! науки [8].

387

Метою наших дослщжень було створення такого способу очистки бюгазу при його виробництв1, який сприяв би зменшенню енерговитрат на його очистку, а також додатково забезпечував одержання ам1ачно! води з концентращею в нш амонш 20-25% (¿з вмктом азоту не менше 16,5 - 20,5%), соди 1 мшерального добрива - сульфату амошю, при хемосорбци домшок -вуглекислого газу, ам1аку I Ырководню з бюгазу частково водою I хемосорбентами - 1дким натр1ем та Ырчаною кислотою.

Матер1али 1 методи дослщжень. Х1м1чне дослщження складу бюгазу здшснювали на хроматограф! Кристал 2000. В процес1 дослщження визначали яккний склад бюгазу: вмкт метану, вуглекислого газу.

Процес бродшня проходив у розробленш нами лабораторий бюгазовш установщ, сконструйованш I виготовленш для виробництва I очистки бюгазу (Патент Украши № 69130 вщ 25.04.2012). Для дослщу було взято два види бюматер1ал1в (свинячий гнш I курячий послщ). Бродшня гною вщбувалося в мезофшьному температурному режим! при температур! 35°С. Спочатку одночасно I паралельно було закладено один I той самий свинячий гнш у два резервуари, а пот1м курячий, причому бюгаз з одного резервуару проходив через воду очисного пристрою (герметична емшсть, наповнена водою, через яку пропускають бюгаз), а бюгаз з другого резервуару через воду очисного пристрою, перший хемосорбер, де хемосорбентом е 10% водний розчин щкого натрш, а тод1 другий хемосорбер, де хемосорбентом е концентрована Ырчана кислота:

1). С02 + 2Ш0Н = Na2C0з + Н20;

2). 2 NHз+ Н28 04 = (N^^04.

Шсля очистки бюгаз надходить в накопичувальну емшсть для його збору. У вод1 очисного пристрою бюгаз частково звшьняеться вщ вуглекислого газу, ам1аку I повшстю вщ арководню, пот1м надходив у перший хемосорбер, наповнений лугом, який зв'язуе вуглекислий газ. Замшу першого хемосорбенту здшснюють при випадшш осаду соди I просв1тлшш рщини. Пот1м по з'еднувальнш трубщ очищений вщ вуглекислоти I Ырководню бюгаз проходив у другий хемосорбер, наповнений арчаною кислотою, яка зв'язуе ам1ак з утворенням мшерального добрива - сульфату амонш, яке мютить 21 % азоту I 24 % с1рки. При утворенш цього добрива, яке мае нейтральне значения рН, здшснюють замшу другого хемосорбера. Для одержання ам1ачно! води потр1бно через контрольну переварену воду очисного пристрою пропускати бюгаз стшьки раз1в, щоб концентращя амонш становила 20-25% з вмктом азоту 16,4-20,5 % (Патент Украши № 77213 вщ 8.02.2013).

В цьому випадку очисний пристрш (герметичний резервуар з одшею I тою самою перевареною водою) використовували у кшькох циклах бродшня, що починались ¿з закладання св1жого гною.

Результати дослщжень. У таблиц! 1 наведено пор1вняння х1м1чного складу бюгазу свинячого гною до I теля очистки його хемосорбентами.

388

Таблиця 1

Пор1вняльш показники х1м1чного складу бюгазу свиней до 1 теля очистки

Х1м1чний склад бюгазу до очистки теля очистки

СН4 67 ± 0,2142 *** 97 ± 0,2845

со2 33 ± 0,084 *** 3 ± 0,012

У таблищ 2 наведено пор1вняння х1м1чного складу бюгазу курячого послщу до 1 шеля очистки хемосорбентами.

Таблиця 2

Пор1вняльш показники х1м1чного складу бюгазу з послщу курей до 1 шеля

очистки

Х1м1чний склад бюгазу до ОЧИСТКИ теля ОЧИСТКИ

СН4 60 ± 0,1211 *** 95 ± 0,5662

со2 40 ± 0,0871 *** 5 ± 0, 0025

Примгтка: *** - р<0,001

3 даних таблиц! 1 [ 2 видно, що шеля хемосорбцшно! очистки бюгазу залишаеться майже чистий метан - бюметан з незначними домшками вуглекислого газу.

Схему очистки бюгазу з використанням хемосорбешгв подано на рисунку 1.

5 А 3 2 1

кпо ОИ

Рис. 1. Схема хемосорбцшноТ очистки бюгазу:

1 - лабораторна установка для отримання бюгазу;

2 - пристрш для одержання [ очищения бюгазу з утворенням рщкого мшерального добрива, заповнений перевареною охолодженою водою;

3 - перший хемосорбер, що мютить хемосорбент - 10% водний розчин 1дкого натрш;

4 - другий хемосорбер, що мютить концентровану с1рчану кислоту;

5 - накопичувальна емнють для збору бюгазу.

389

Фото 1. Горшня бшгазу. Висновки: Поданий споЫб хемосорбцшно! очистки бюгазу забезпечуе не тшьки одержання бюгазу, очищеного вщ арководню, ам1аку та вуглекислоти, але й додаткове отримання корисних продукт1в: мшерального добрива - води з

390

концентращею в нш амонш 20 - 25% (i3 вмктом азоту не менше 16,5 - 20,5%), сульфату амонш i соди.

Л1тература

1. Сологуб Л.1., Антоняк Г.Л., Богданов Г.О. Метан i парннковнй ефект атмосферн (еколопчш, 6ioxiMi4Hi та мжробюлопчш аспектн). - Льв1в: ПА1С, 2008. - 276 с.

2. Калетннк Г. М. Вплнв бюенергетики на еколопчний стан навколншнього середовнща Украши // Вюннк аграрно! науки. Жовтень, 2009. C.-53-57.

3. Кютський протокол, прийнятий у м. KioTO (Япошя) у грудш 1997 р. як доповнення до Рамково! Конвенци ООН.

4. Михайлов Ю. HoBi технолог!! проти глобального потеплшня // Пропозищя № 2, 2011. С. - 24 - 26.

5. Семененко И. В. Оборудование и процессы метанового сбраживания органических отходов: пособ. [для студентов, аспирантов, специалистов в области экологии и нетрадиционной енергетики ] / И. В. Семененко, М. Г. Зинченко. - Харьков: НТУ «ХШ»,2012.-272с.

6. Доповщь «Про збереження навколишнього природного середовища Росшсько! Федераци в 2000-2010 роки» // Зелений св1т. -2000. - № 25. -С. 9.

7. Вщходи виробництва i споживання та ix вплив на грунти i природн1 води: [навч. noci6. для студ. вищ. навч. закл.] / [Савицький В. М., Х1льчевський В. К., Чунарьов О. В., Яцюк М. В.] - К.: ВПЦ «Ки!вський ун1веритет», 2007. -152с.

8. http // www.NOVOSTIMIRA.COM нед1ля, 19 Августа 2012 року

Summary Maksishko L. M., receiver METHOD OF HEMOSORBCIONS WASTEWATER BIOLOGICAL GAS.

The proposed method of hemosorbcions wastewater biogas, which provides its cleaning with the receipt of caloric alimentation, with high content of combustible methane biogas. When the concentration of nitrogen 16.4-20,5% in water treatment device, through which pass the biogas, water only in sealed containers and is usedfor fertilizing plants.Cleaning of biogas in the first hemosorberi, where hemosorbents is a 10% aqueous solution of caustic sodium is made by carbonic acid with the formation of soda, the second hemosorberi, where hemosorbentom is the concentrated sulfuric acid made from ammonia to form ammonium nitrogen content -21%, sulfur-24%. The repeated transmission of biogas fermentation several cycles through the water, hemosorbents contribute to the increase of the concentration of mineral elements in water, hemosorbers. For the implementation of the Declaration of a method in needed tightness of connections between the elements of biogas installation and device for purification of biogas-first and second hemosorberu with accumulation capacity.

Рецензент - д.вет.н., професор Зав1рюха B.I.

391