Клиндукова Дар'я Владиславівна
магістр,
Дніпровський державний технічний університет
Україна, м. Кам'янське
Волошин Микола Дмитрович
к.т.н, професор,
Дніпровський державний технічний університет
Україна, м. Кам'янське
Краєвська Аліна Сергіївна
магістр,
Дніпровський державний технічний університет
Україна, м. Кам'янське
Анотація. Проблема утилізації та використання твердих побутових відходів (ТВП) для України залишається актуальною, бо ще й досі не має повного теоретичного та практичного вирішення. Проблеми утилізації підіймаються як на державному, так і на регіональному рівнях, але при цьому відсутній комплексний підхід до вирішення проблем утилізації ТПВ [1].
Ключові слова: анаеробне зброджування, тверді побутові відходи, біогаз, біодобриво, соноліз.
Зміст наукової роботи. Актуальні питання вторинного використання, переробки й знешкодження потребують вкладення значних коштів, а традиційний метод складування сміття на звалищах стає малоефективним і небезпечним для навколишнього середовища [2].
Майже у всіх країнах світу велика частина ТПВ підлягає захороненню на смітниках і полігонах: [3]: необхідність відводу великих земельних ділянок поблизу міст, безповоротні втрати цінних елементів, які містяться в ТПВ, великі транспортні витрати на перевезення відходів за межі міста, витрати на захоронення, екологічна небезпека (забруднення ґрунтів, ґрунтових вод, атмосфери), для запобігання якої вимагаються дорогі, складні інженерні облаштування місць захоронення, також небезпека поширення інфекційних захворювань.
Світова практика свідчить про можливість та ефективність отримання нетрадиційних джерел енергії за рахунок переробки ТПВ. Це дозволяє вирішувати проблеми енергозбереження на національному рівні. Наука та практика вказує на відсутність єдиного комплексного підходу до вибору методу переробки твердих побутових відходів. Існує широкий набір сучасних технологій переробки твердих побутових відходів. Аналіз їх техніко-економічних та екологічних показників свідчить про наявність певних переваг та обмежень кожного методу та технології. При цьому акцент робитися на отримання економічного, соціального та екологічного ефекту. Найбільш безпечним та економним методом являється метод анаеробного зброджування.
Метанове бродіння - сам процес утворення газу здійснюється у схемах періодичної безпе¬рервної та ступінчастої (двостадійної) технології. Його суть полягає в анаеробному бродінні (без доступу повітря), яке відбувається внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів і супроводжується рядом біохімічних реакцій. Сам процес утворення біогазу складається з двох етапів:
1) розщеплення мікроорганізмами біополімерів до мономерів;
2) переробка мономерних біомолекул мікроорганізмами [4].
Початкова стадія цілком енергетично невигідний процес. В результаті вивільняється замало вільної енергії, якою могли б живитися мікроорганізми, тому для успішного проходження даного етапу потрібно підтримувати умови для успішного розвитку мікрофлори.
Другий етап — це окисно-відновний процес. Але за умов відсутності стандартного окисника (кисню повітря) відбувається диспропорціонування за ступенями окиснення присутніх в молекулах атомів (сірка, азот та карбон). В результаті чого отримаємо бажаний метан (CH4), та гази-домішки, які вважаються не корисними, і навіть шкідливими: NH3, H2S . Також упроцесі утворюється газ CO2 , який може бути використаний у виробництві карбаміду та соди (Na2CO3). Для поглинання CO2 можна використати розчин кальцинованої соди або водяну суспензію крейди (дешевше). Небажаний сірководень, що виділяється у процесі бродіння найкраще зв'язувати в самій реакційній масі, так як це покращує її як добриво, додаванням окису заліза (іржі) або дрібної залізної стружки [4].
Сірководень можна виявити пропусканням газу через розчин мідного купоросу (при його наявності в газі випадає чорний осад CuS).
Найбільш корисний варіант використання біогазової установки – одночасно отримувати і біогаз та біодобриво. Здобутий у такий спосіб біогаз використовувати відповідно до власних потреб, а біодобривом підвищити родючість ґрунту. За таких умов строк окупності біогазової установки залежно від розміру та комплектації складає від 2 до 5 років [5].
Цікавим нововведенням є використання ультразвукового впливу перед подачею ТПВ в реактор. Вихід біогазу залежить від конкретного складу підкладки, відносини між солюбілізації(розчинення під дією ПАР нерозчинних в даної рідини речовин) і анаеробної біорозкладанні. Результати показують, що соноліз може значно поліпшити біорозчинність органічних твердих відходів, що дозволяє отримати більш високий вихід біогазу при анаеробної обробки субстрату. Через 45 днів, кількість біогазу при анаеробних тестах, в суміші обробленим ультразвуком був на 24% вище, ніж необроблений [6,7].
Склад біодобрива налічує не тільки сполуки азоту, фосфору та калію, які містяться у синтетичних мінеральних добривах, а й протеїн, целюлоза, лігнін та тощо. Вони є базою для розвитку мікроорганізмів, які відповідають за переведення поживних речовин у доступну рослинам форму.
Важливими органічними речовинами, які присутні у біодобривах, є гумінові кислоти. Вони впливають на пристосовуваність рослин до несприятливих умов навколишнього середовища.
Одержаний біогаз та біодобриво з відходів життєдіяльності може замінити в Україні від 6 млрд м3 природного газу, однак для його одержання необхідні значні інвестиції, строк окупності яких становить 4 - 5 років. Китай проектує через кілька років довести виробництво біогазу до 100—120 млрд м³.
Перспектива біогазових технологій в умовах українських реалій дуже необхідна в аспекті отримання біогазу для власних потреб (як замінники природного газу, електроенергії, бензину та дизельного пального), але і як ефективний спосіб утилізації екологічно небезпечних відходів виробництва. Традиційна утилізація наближає нас до екологічного лиха [8].
Література:
1. Зеркалов Д.В. Енергозбереження в Україні [Електронний ресурс]: У п’яти книгах. Книга друга: Організація використання енергоресурсів. Довідник / Д. В. Зеркалов. – К. : Основа, 2009.
2. Електроний ресурс - https://uk.wikipedia.
3. Лифшиц А.Б. Современная практика управления твердыми бытовыми отходами.А.Б. Лифшиц. Чистый город. – 1999. – № 1(5). – С. 2-10.
4. Шевченко І. А. Сучасні аспекти утилізації гною свиней / І. А. Шевченко, О. О. Ляшенко // Всеукраїнський журнал «Прибуткове свинарство». – 2012. – № 5 – C. 36-40.
5. Електроний ресурс - http://ekotenk.com.ua/info/fertilizers.
6. Електроний ресурс - http://www.xumuk.ru/colloidchem/178.html.
7. Електроний ресурс - http://ua-referat.com.
8. Шевченко І. А. «Сучасні аспекти утилізації гною свиней» І. А. Шевченко, О. О. Ляшенко. Всеукраїнський журнал «Прибуткове свинарство». – 2012. – № 5 – C. 36-40.
