Органічні відходи - відділені з ТПВ, або отримані безпосередньо від перевізника (заклади харчування, школи, тощо) можуть бути перероблені за двома напрямами: або біотермічне перероблення з отриманням компосту (біодобрива), або анаеробне оброблення з отриманням біогазу та органо-мінеральних добрив.
Біо-добрива (компостування)
Компостування органічних відходів є прийнятою практикою в країнах Європейського союзу. Технологія є стандартизованою. Якщо є потреба в компості, або-ж виробництво біогазу є нерентабельнім, чи малий об’єм його видобутку не дозволяє запустити об’єкт енергогосподарства, то - доцільно використовувати технологію промислового або відкритого біотермічного перероблення органічних відходів (компостування).
Система біотермічного перероблення органічних відходів з отриманням компосту передбачає: систему конвеєрів, бункер-приямок, подрібнювальне обладнання для подрібнювання органічної речовини, яка є у складі ТПВ, біобарабани (або біотермічні камери, котловани, ділянки чи штабелі), подрібнювальне обладнання для подрібнювання компосту з магнітним сепаратором, грейферний кран.
На першому етапі органічна речовина (харчові відходи, відходи рослинного походження тощо), отримана після сортування ТПВ на барабанному сепараторі, стрічковим конвеєром подавається до бункера-накопичувача. Об'єм бункера–накопичувача збалансований з добовою потужністю процесу так, щоб органічна речовина затримувалась в ньому не більше 8 годин у разі компостування в штабелях, біотермічних камерах і котлованах, та не більше 24 годин у разі промислового методу компостування.
Після бункера-накопичувача органічна речовина надходить на компостування.
Цех компостування органічної речовини має включати: відділення попереднього подрібнення; аераційне відділення; відділення проведення процесу компостування; відділення подрібнення готового компосту; склад зберігання готового компосту.
Для подрібнення органічної речовини, що надходить на компостування, використовують барабанні грохоти або дробарки. Під час остаточного подрібнювання можливо використовувати також шахтні млини.
У відділенні проведення процесу компостування (залежно від технології) розташовують: штабелі з природною аерацією; штабелі з примусовою аерацією; біотермічні камери; котловани; споруди для промислового компостування.
Біотермічні камери та безкамерне компостування з примусовою аерацією дозволено застосовувати для малих міст та селищ з населенням до 50 тис. мешканців, польове компостування - в містах з населенням 50-500 тис мешканців. В населених пунктах з населенням більше ніж 500 тис. мешканців дозволено використовувати промислове компостування.
Основним обладнанням головного корпусу є горизонтальні барабани, що обертаються (біобарабани). Перероблення здійснюють за двохдобовим чи трьохдобовим циклом.
Розмір відділення дозрівання компосту після циклу оброблення у біобарабанах визначають з урахуванням об’єму органічної речовини та геометричних параметрів штабелів.
Відділення зберігання готового компосту розташовують по периметру ділянок компостування. Розмір відділення визначають із розрахунку 6-місячного утворення компосту з урахуванням геометричних параметрів штабелів.
Готовий компост є кінцевим продуктом для реалізації.
Біогаз
Система анаеробного оброблення (зброджування) органічної речовини, що є у складі ТПВ складається з: системи конвеєрів, бункер-приямок, подрібнювальне обладнання, проціджувачі, насоси, метантенки, газгольдери, теплообмінники, обладнання для очищення біогазу. Усі ТПВ, що надходять на підприємство, проходять дозиметричний контроль згідно з вимогами Основних санітарних правил забезпечення радіаційної безпеки України.
Виробництво біогазу здійснюють шляхом анаеробного оброблення (зброджування) органічної речовини (харчових відходів, відходів рослинного походження тощо), вилученої з ТПВ.
Органічна речовина, придатна для анаеробного зброджування, має відповідати таким вимогам: бути свіжою; бути гідравлічно-транспортабельною, не містити включень розміром більше 30 мм і твердих мінеральних частинок, щільність яких перевищує 1100 т/м3. оптимальні параметри маси для анаеробного зброджування: вологість – від 90 % до 92%; зольність – від 15 % до16%; рН – від 6,9 до 8,0; вміст жирних кислот – від 600 мг/л до 1500мг/л; лужність – від 1500 мг CaCO3/л до 3000 мг CaCO3/л; C: N – від 10 до 16.
Для забезпечення оптимального співвідношення C: N і одержання більшої кількості біогазу, дозволено додавати у масу, що зброджується, інші органічні відходи: сирий осад комунальних стічних вод, гній різних видів тварин. Маса, що зброджується, не повинна вміщувати речовини, які пригнічують життєдіяльність метаноутворюючих організмів, у концентрації вище допустимої. До цих речовин відносяться: різні форми азоту, більшість важких, лужних, лужноземельних металів, сульфідів, кисню, антибіотиків, дезінфікуючих засобів та інших речовин.
Вихід біогазу з відходів харчової промисловості
| субстрат | сухое вещество
% |
Органическая сухое вещество
% |
выход биогаза
м 3 / т |
метан
CH 4 % |
| очистки сои | 90.0 | 95.1 | 516.7 | 52.7 |
| Картофельная барда, свежая | 6.0 | 86.7 | 35.0 | 56.3 |
| овсяные хлопья | 91.0 | 98.1 | 619.7 | 53.5 |
| Пивная дробина, свежая | 24.0 | 95.5 | 122.2 | 59.3 |
| отруби | 89.0 | 86.5 | 262.4 | 50.7 |
| Силосованных пивная дробина | 26.0 | 95.2 | 136.5 | 59.1 |
| яблочная мезга | 22.0 | 97.6 | 111.6 | 51.7 |
| соевая мука | 87.0 | 93.3 | 551.6 | 61.2 |
| Пшеничная барда, жидкая | 6.0 | 94.0 | 36.1 | 58.9 |
| кукурузный глютен | 90.5 | 97.9 | 597.1 | 66.0 |
| лактоза | 100.0 | 99.7 | 756.0 | 50.0 |
| Цельное коровье молоко | 13.5 | 94.7 | 114.9 | 62.8 |
| пивные дрожжи | 10.0 | 91.8 | 60.7 | 62.1 |
| Пивные дрожжи сухие | 90.0 | 91.9 | 505.8 | 61.0 |
| Старый хлеб | 65.0 | 97.2 | 482.0 | 52.8 |
| отходы пекарен | 87.7 | 97.1 | 650.6 | 52.8 |
| отходы сыроварни | 79.3 | 94.0 | 673.8 | 67.5 |
| Пищевые отходы с низким содержанием жира | 14.4 | 81.5 | 75.4 | 59.8 |
| Пищевые отходы с высоким содержанием жира | 18.0 | 92.3 | 126.5 | 62.0 |
| Пахта, свежая | 8.0 | 92.3 | 54.4 | 59.2 |
| казеин | 88.0 | 93.1 | 567.4 | 69.1 |
| Обезжиренное молоко, сухое | 94.1 | 91.7 | 628.7 | 57.7 |
| рапсовое мука | 88.6 | 92.1 | 496.1 | 59.8 |
| мука подсолнечное | 89.4 | 91.9 | 488.2 | 61.3 |
| Различные пищевые отходы | 40.0 | 50.0 | 120.0 | 60.0 |
| жир | 95.0 | 92.0 | 874.0 | 68.0 |
| глицерин | 100.0 | 99.5 | 845.7 | 50.0 |
| льняное масло | 99.9 | 99.9 | 1222.6 | 68.0 |
| рапсовое масло | 99.9 | 99.9 | 1197.6 | 68.0 |
| соевое масло | 99.9 | 99.9 | 1222.6 | 68.0 |
| подсолнечное масло | 99.9 | 99.9 | 1222.6 | 68.0 |
Характеристики биогаза
| характеристики
|
компоненты биогаза
|
Биогазовая смесь (CH4-60%, CO2-40%) | ||||
| CH4
|
CO2
|
H2
|
H2S
|
N2
|
||
| Объемная доля,% | 55-70 | 20-44 | 1 | 1 | <3 | 100 |
| Объемная теплота сгорания, МДж / м3 | 35,8
|
-
|
10,8
|
22,8
|
-
|
21,5
|
| Предел воспламеняемости (содержание в воздухе),% | 5-15
|
-
|
4-30
|
4-45
|
-
|
5-12
|
| Температура воспламеняемости, С
|
650 - +750 | -
|
+585
|
-
|
-
|
650 - +750
|
| Нормальная плотность, г / л | 0,72 | 1,98 | 0,9 | 1,54 | - | 1,2 |
Сбраживания проводится в биореакторах-метантенках, которые являются герметичными, с тепло- гидроизоляцией, имеют устройства загрузки органического вещества и выгрузки сброженной органического вещества и отвода биогаза. Процесс загрузки - выгрузки осуществляется автоматически и непрерывно. Для интенсификации метаногенеза, биореакторы надо оборудованы механизмами для принудительного перемешивания, разрушения корки и подогрева.
Сбраживания целесообразно проводить с подогревом и поддержанием температур: + 33 ° С ± 2 ° С (мезофильный режим), + 53 ° С ± 2 ° С (термофильный режим). Продолжительность сбраживания органического вещества в биореакторе зависит от физико-химических свойств органического вещества; от температурного режима; от заданной степени разложения органического вещества.
Продолжительность процесса: для мезофильного режима от 10 суток до 30 суток, для термофильного режима - от 7 суток до 15 суток. Вместимость метантенков зависит от фактической влажности органического вещества и суточной дозы загрузки, которую определяют на основе экспериментальных данных и последующих проектных расчетов. Влажность сбраживаемой массы выгружается из метантенка, принимают в зависимости от соотношения компонентов, загружаемых с сухим веществом.
Анаэробное сбраживание включает в себя следующие процессы:
- гидролиз;
- окисления;
- Образование уксусной кислоты
- Образование метана;
Процессы анаэробного сбраживания могут быть одноступенчатой или многоступенчатыми. При одноступенчатой сбраживании, все четыре анаэробные этапы проходят в одном реакторе, то есть не разделены во времени или в пространстве. Многоступенчатые процессы (до 4-х) сбраживания позволяют увеличить выход биогаза, но имеют более высокие инвестиционные затраты за счет дополнительного оборудования и реакторов.
В состав зданий цеха анаэробного обработки входят:
а) здания по подготовке органического вещества, в анаэробного сбраживания, где размещены:
- оборудование для измельчения органического вещества (дробилка)
- оборудование для разведения водой измельченной органического вещества до влажности 90-92% (насосы, резервуары)
- оборудование для удаления включений размером более 30 мм (процеживатели)
- оборудование для непрерывной подачи подготовленной органического вещества в теплообменников для подогрева загрузки ее в реакторов (резервуаров метантенков).
б) Сооружения анаэробного сбраживания, к которым относятся:
-реакторы с оборудованием перемешивания; насосная станция для скачивания органического вещества и вспомогательного рециркуляционного перемешивания органического вещества;
-газозбирний пункт для сбора биогаза от реакторов метантенкив и удаления из него конденсата;
галерея с башней лифта;
-газгольдеры для аккумулирования биогаза;
-газовая свеча с пунктом управления (факельная установка), где сжигается избыток биогаза в случае аварийной ситуации;
-резервуар хранения переброженная массы;
-центрифугы для отделения твердых частиц и жидкости;
-пастеризатор для компоста;
-насосы рециркуляции и при необходимости очистные сооружения для избыточной воды.
в) Сооружения для энергетической утилизации биогаза метантенкив с получением электрической и тепловой энергии, к которым относятся:
-оборудование по подготовке биогаза для использования его в качестве топлива в котлах или двигатель-генераторов;
-тепловой установка (теплообменное оборудование). Теплообменное оборудование используется для нагрева органического вещества, загружается в метантенки, теплоносителем - циркуляционной оборотной водой системы рекуперации сбросного тепла от котла с турбоагрегатом или когенерационной энергоустановки; насосная станция циркуляционного оборотного водоснабжения системы рекуперационных тепла от котла или когенерационной установки и теплообменного оборудования для нагрева органического вещества, загружается в метантенки.
Сброженных органическая суспензия проходит через центрифугу. Обезвоженная твердая фракция характеризуется высокой однородностью и представляет собой высококачественное сырье для получения компоста. При необходимости возможна ее пастеризация. После чего компост хранится в резервуаре для переброженная массы.
Полученный биогаз сжигается в специальных котлах или двигатель-генераторов для получения тепловой и / или электрической энергии.
