Сравнение технологий утилизации отходов животноводства и куриного помета.

Дата публикации: 16.03.2020

Основные методы утилизации: сжигание; газификация; пиролиз; химические методы; методы осаждения; биологическая группа методов; физико-химические методы; электротехнические и электромагнитные методы.

Для аргументации правильности выбора технологии утилизации куриного помета предлагаем краткое сравнение основных преимуществ и недостатков некоторых,наиболее распространенных в РФ, методов утилизации.

Метод №1

ВЫВОЗ И ЗАХОРОНЕНИЕ КУРИНОГО ПОМЕТА НА ПОЛИГОНАХ

«В настоящее время в России ежегодно производится около 3,8 млрд тонн всех видов отходов. Во многих случаях объемы образующихся отходов превышают объемы производимой продукции. Так, например, животноводческие комплексы и птицефабрики можно рассматривать в первую очередь как производителей отходов, поскольку объемы навоза и помета в сотни и тысячи раз превышают объемы основной продукции.» (Источник: Садчиков А.В., Кокарев Н.Ф. БИОГАЗОВЫЕ СТАНЦИИ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БИОПРОДУКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ЕСТЕСТВЕННЫХ И КУЛЬТУРНЫХ ЛАНДШАФТОВ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 4. – С. 173-177)

простой способ и недорогой на начальном этапе до накопления критической массы отходов, после чего размеры полигона становится фактором сдерживающим развитие производства. Старый полигон полностью заполняется;
экологически вредный метод, вред от которого обнаруживается со временем и тем больше, чем больше масштабы полигона.

"Количество отходов агропромышленного комплекса России сегодня достигает 600 млн т в год (225 млн тонн сухого вещества), причём большая часть этих отходов не утилизируется. Это приводит к проблемам окисления почв, отчуждению сельскохозяйственных земель (под хранение навоза), загрязнению грунтовых вод и выбросам в атмосферу метана – парникового газа.»(Источник: Садчиков А.В., Кокарев Н.Ф. БИОГАЗОВЫЕ СТАНЦИИ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БИОПРОДУКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ЕСТЕСТВЕННЫХ И КУЛЬТУРНЫХ ЛАНДШАФТОВ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 4. – С. 173-177)

неудобство для проживания людей от загрязнения воздуха в районах, где свалки расположены недалеко от жилых построек (куриный помет имеет специфический запах);
образование на полигонах метансодержащего газа, создающего парниковый эффект и других выбросов, ухудшающие состояние атмосферы;
загрязнение почв и вод вокруг полигона, уничтожающих экосистему и влияющих на здоровье людей. Со временем требуются значительно большие затраты на устранение последствий экологического бедствия. Вместе с тем, состояние отходов через несколько лет открытого хранения становится таким, что и утилизация их становится трудоемкой;
необходимо обустройство котлована для сброса отходов. Бетонный котлован больших масштабов весьма затратен при строительстве, целесообразнее этот бетон использовать для строительства пометоприемника утилизационного завода «Биндер»;
масштабы полигона со временем становятся не достаточными, и придется организовывать новые, а вывозить отходы далеко от городов то же не рентабельно, поэтому города и хозяйства зарастают собственными отходами.

Выводы:

Целесообразнее утилизировать куриный помет, не вывозя его за пределы птицефабрики.
Для хозяйств, с небольшим количеством куриного помета его вывоз, может быть временным выходом из положения. Для больших хозяйств (от 1 млн. птиц и более) данный метод достаточно финансово затратен и не обеспечивает растущих потребностей этих птицефабрик.

Вывоз и захоронение куриного помета на полигонах - начальный примитивный метод: позволяет только избавится (за деньги) от отходов 3 класса опасности и ничего не получить взамен.

Метод №2

ИНСИНЕРАЦИЯ – ТЕРМИЧЕСКОЕ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОТХОДОВ.

«Мусоросжигание (также инсинерация) — процесс термической обработки мусора, заключающийся в сжигании содержащихся в нём органических материалов. Производится как индивидуально, так и в промышленных масштабах — на мусоросжигательных заводах, которые могут быть скомбинированы с тепловыми электростанциями. Чаще всего под мусоросжиганием подразумевается именно промышленное мусоросжигание твердых коммунальных отходов.

Мусоросжигание позволяет сократить массу первоначальных отходов на 70—85%, а объём — на 90—95%, а кроме того — обезвредить в них органические соединения. Теплота сгорания мусора используется также в энергетических целях, для выработки тепловой и электроэнергии, таким образом мусоросжигание может частично покрывать энергетические потребности агломераций.

Наиболее развито мусоросжигание в развитых странах с высокой плотностью населения, где земля является ценным ресурсом и мест для мусорных полигонов недостаточно (Дания, Япония). В развитых странах с низкой плотностью населения (Швеция, Финляндия) оно чуть менее распространено». (Источник: Википендия)

«Принцип работы инсинератора

Оборудование представляет собой двухкамерную печь, состоящую из камеры основного сгорания отходов при температуре 870˚С и камеры дожига отходящих газов при температуре 1200˚С более 2-х секунд. В ней происходит полное уничтожение токсичных веществ и очистка отходящих дымовых газов. Таким образом, токсичность выбросов в атмосферу снижается до уровня значительно ниже ПДК. Образовавшаяся зола подлежит утилизации на полигонах.» (Источник www.inciprom.ru)

Загрузка камеры сгорания инсинератора одноразовая, через верхнюю крышку, что требует постоянного контроля процесса загрузки. Работы по очистке и опустошению камеры сгорания от остатков горения требуют частых остановок и ожидания остывания инсенератора;
зола после сгорания отходов в инсинераторе предназначена для вывоза и захоронения на полигоне, т.е. смысл сжигания в уменьшении объема вывозимых остатков. В случае применения КУ «Биндер» зола - это ценное удобрение, которое выгоднее продавать.

«Основная задача инсинерации - утилизация твердых бытовых, медицинских, биоорганических и других видов отходов методом высокотемпературного сжигания. Инсинераторы позволяют полностью уничтожать практически любые отходы (включая значимые количества биомассы) с образованием незначительного объема зольного остатка (5% от исходного объема).» (Источник www.inciprom.ru)

«Биндер», как котельная установка, в первую очередь предназначен для выработки тепла и электроэнергии, а потому куриный помет рассматривает, как энергетически ценное топливо, а не гадость, которую надо «сжечь дотла».

«При сжигании отходов в инсинераторах также образуются вредные соединения. Для их уничтожения, включая диоксины, в инсинераторах серии В и С используется камера дожигания, в которой происходит нагрев выходящих газов до температуры выше 850 гр.С в течение не менее 2-х секунд. Для предотвращения восстановления диоксинов при прохождении канала дымовой трубы применяются специализированные модули, одновременно выполняющие функции портала трубы, в которых происходит резкое охлаждение выхлопов подмешиванием холодного воздуха. Эти и другие специальные меры позволяют ограничить вредные выбросы в пределах нормативных допусков.» (Источник www.inciprom.ru)

в КУ «Биндер» так же происходит дожиг уходящих газов за счет поддержания высокой температуры в верхней части камеры сгорания, однако система очистки газов предполагает впрыскивание реагентов удаляющих азотистые и прочие соединения, а так же последующей фильтрации от грубой (мешковыми фильтрами) до особо тонкой (электрическими фильтрами), которая может обеспечить самый мимнимальный (меньше европейских требований) уровень выбросов в атмосферу. Все это является опциями устанавливаемыми по желанию заказчика.

«Система управления инсинератором обеспечивает контроль всех процессов, происходящих в установке. СУ состоит из пульта управления, датчиков и соединительных кабелей. Логика управления процессами сведена к применению всего 2-х кнопок «ПУСК» и «СТОП», что улучшает потребительские качества продукции. Автоматика «сама» регулирует работу всех остальных систем. При этом предусмотрена возможность настройки параметров, которые могут повлиять на производительность инсинератора.

Потребитель экономит на заработной плате сотрудникам, поскольку для работы на инсинераторе требуется один оператор, которого нет необходимости выделять только для работы с инсинератором.» (Источник www.inciprom.ru)

У «Биндера» аналогично: специалисты завода обучают персонал птф, обслуживающий имеющиеся котельные, а в последствие они контактируют с нами.

В случае с медицинскими и твердыми бытовыми отходами в камере сжигания создается крайне агрессивная среда, которая более негативно влияет на футеровочный слой из кирпича. «По многочисленным отзывам наших заказчиков, футеровка из кирпича работает от 3 месяцев до 1 года максимум! Зачастую это зависит от специфики отходов отходов, которые будут сжигаться. Самый долгий срок работы такого футеровочного слоя - при сжигании биологических отходов» (Источник www.inciprom.ru)

В КУ «Биндер» птф будет сжигать не только биологические отходы (помет), но сам котел сконструирован так, что водяная рубашка охлаждает футировку камеры сгорания, значительно продлевая срок ее службы до7-8 лет. Регламентные работы в камере сгорания проводятся каждые 1-2 года.

«Модельный ряд включает установки с объёмом загрузки от 150 до 24 000 кг и скоростью сжигания от 50 до 3 000 кг в час. Скорость сжигания может колебаться весьма значительно. К примеру, туши животных горят с одной скоростью, а внутренности, кости и т.п. – с другой, значительно меньшей. Скорость сжигания медицинских или твердых бытовых отходов тем более может колебаться в разные стороны и напрямую зависит от конкретной морфологии отходов, количества загрузки, влажности и так далее.» (Источник www.inciprom.ru)

Три КУ «Биндер» по 5 МВт КАЖДАЯ будут сжигать: 2315 кг/час х 3 = 167 тонн в сутки, при этом объем загрузки не ограничен, т.к. подача топлива в камеру сгорания происходит постоянно. При сочетании инсенератора с теплообменником в целях получения тепла, теплосъем производится с дымовой трубы от температуры уходящих газов, что, как известно, менее эффективно, чем в специально разработанных теплообменниках котельных установок

«Гарантия на наше оборудование составляет 12 месяцев. Ориентировочный срок эксплуатации при соблюдении правил эксплуатации - более 3х лет» (Источник www.inciprom.ru).

Гарантийный срок КУ «Биндер» тоже 12 месяцев, однако срок эксплуатации – до 20 лет

Выводы:

1-Технология инсенерации не рассматривает куриный помет, как и любые другие сжигаемые отходы, как топливо с целью получить тепловую и электрическую энергию, это является второстепенным. В первую очередь инсенератор решает задачу полного уничтожения, утилизации огнем и превращение отходов в золу.

2- Применение инсенератора целесообразно при сжигании особо опасных, органических и неорганических отходов, сжигать куриный помет, который сам является топливом не целесообразно.

3- Для поддержания процесса горения необходима постоянная подача топлива.

4- Загрузка отходов и затем очистка камеры сгорания только сверху, требует открывания крышки, а следовательно каждую загрузку остановки, остужения инсенератора для обслуживания, а затем перезапуска.

5-«Управления отходами» в процессе инсинерации весьма относительное из-за слабой управляемости и контроля за процессом горения и одним единственным ожидаемым результатом. В технологии «Биндер» мы управляем объемом и скоростью подачи топлива, его движения по колоснику, подачей воздуха для регулирования пламени и контролем за состоянием отходящих газов и получающихся выбросов в атмосферу. Все это происходит в безостановочном режиме и в удаленном доступе.

Метод №3

УТИЛИЗАЦИЯ В БИОГАЗОВЫХ РЕАКТОРАХ

«Следует отметить, что наиболее распространенным заблуждением является представление о биогазовых станциях, как об источниках возобновляемых энергоресурсов. Действительно, в процессе переработки образуется биогаз, позволяющий исключить расходы энергоресурсов на собственные нужды установки (тепло, электроэнергия, заправка автомобиля биометаном) и получить определенную прибыль, и все-таки главным назначением биогазовой станции является экологически безопасная утилизация и переработка отходов, поэтому основным направлением деятельности предприятий, эксплуатирующих биогазовые установки, является оказание услуг в области рециклинга отходов. Так, в настоящее время ООО «КомплеСУ» оказывает услуги по утилизации и переработке отходов многим предприятиям Оренбургской области..» (Источник: Садчиков А.В., Кокарев Н.Ф. БИОГАЗОВЫЕ СТАНЦИИ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БИОПРОДУКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ЕСТЕСТВЕННЫХ И КУЛЬТУРНЫХ ЛАНДШАФТОВ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 4. – С. 173-177)

У нас не стоит задачи оказывать услуги по утилизации куриного помета другим хозяйствам, как основной вид деятельности. В тоже время, если это будет целесообразно, то для птицефабрик это может стать дополнительным доходом, при том, что будет являться так же и дополнительным источником бесплатного куриного топлива.
Для производства биогаза птичий помет потребуется разжижать, чтобы в нем могли происходить биологические бактериальные процессы выделения газа, хотя, как мы увидим ниже, и это не целесообразно, т.к. птичий помет лишь частично подмешивают из-за его свойств. В любом случае, это дополнительные расходы и постоянное работа по заполнению емкостей биореактора.

«На современной свиноферме навоз совсем другой. Подстилки там и в помине нет - навоз смывают водой, количество стоков от этого увеличивается во много раз, а концентрация сухих веществ - тех, в которых и заключена удобрительная ценность навоза,- уменьшается до нескольких процентов.
Все это гигантское количество жижи приходится где-то хранить - хотя бы от осени до весны, в период, когда удобрения не вносят. Выдерживать навоз нужно еще и для того, чтобы обезвредить всегда присутствующих в нем патогенных микробов, яйца гельминтов и семена сорняков, которые после внесения в почву немедленно, пойдут в рост. В итоге, например, в латвийском совхозе "Огре", где и свиней-то всего 20 тысяч с небольшим, пришлось запроектировать навозохранилища объемом 80 тысяч кубометров - даже при трехэтажной высоте они заняли бы целый гектар, а стоили бы почти столько же, сколько сам свинокомплекс. К тому же очень трудно предотвратить просачивание такого жидкого навоза в землю, в подземные воды, в реки. Да и атмосферу он загрязняет зловонием... Обезвреживание навозных стоков, особенно со свинокомплексов, превратилось в серьезную проблему в масштабе всей страны.» (Источник: «Коровьи лепешки как альтернатива углю»; www.rbcdaile.ru)

«Впрочем, перспективы биогаза не стоит, мягко говоря, переоценивать. Ожидать, что с ростом цен на энергоносители станет выгодно использовать альтернативную энергетику – наивно. Сейчас получение и использование биогаза технологически возможно только в очень ограниченных масштабах непосредственно в животноводческих хозяйствах для собственных нужд. Да и то – рентабельным оно станет лишь при большом скачке цен на обычное энергосырье. А уж делать такое производство массовым – непозволительная роскошь. Ведь использование энергии, произведенной из отходов скота, зачастую не покрывает совокупных расходов на выращивание «самих производителей лепешек». (Источник: «Коровьи лепешки как альтернатива углю»; www.rbcdaile.ru)

Обслуживание такого комплекса потребует наличия специалистов с газовым и котельным образованием его обслуживающих;

«Наиболее ярким примером проблемных субстратов является птичий помет (ПП). Его отличают высокая концентрация аммиака и сероводорода, а также повышенная кислотность. Переработка в реакторе БГУ чистого куриного помета представляет собой сложную задачу, до сих пор серийно не решаемую европейскими производителями биогазовых установок. С другой стороны, как питательный субстрат ПП является весьма ценным компонентом загрузки и позволяет существенно повысить метановую составляющую в биогазе..» (Источник: Садчиков А.В., Кокарев Н.Ф. БИОГАЗОВЫЕ СТАНЦИИ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БИОПРОДУКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ЕСТЕСТВЕННЫХ И КУЛЬТУРНЫХ ЛАНДШАФТОВ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 4. – С. 173-177).

«Перезагрузка биореактора производится достаточно часто раз в две недели. «Ферментация навоза идет в анаэробных (бескислородных) условиях при температуре 30- 55 °С (оптимально 40 °С). Длительность ферментации, обеспечивающая обеззараживание навоза, не менее 12 суток» (Источник: К.т.н. А.А.Упит, А.В.Карклиныш; "Опыт переработки свиного бесподстилочного навоза в удобрении и биогаз"; Институт микробиологии им.А.Кирхенштейна, Латвия, г.Огре )

Т.О. куриный помет лишь добавка к другим видам навоза, что вряд ли делает его применение в чистом виде целесообразным в биореакторных установках. Очевидно, что и о в таком случае что бы выработать количество энергии сопоставимое с КУ «Б» на 5 МВТ понадобится строить значительно большее производство.

Установки на биогазе дорогостоящее оборудование, особенно большой мощности. Основное их предназначение – утилизация отходов и получение компоста, а выработка других видов энергии – побочный продукт.

«Получаемый биогаз плотностью 1,2 кг/м3 (0,93 плотности воздуха) имеет следующий состав (%): метан - 65, углекислый газ - 34, сопутствующие газы - до 1 (в том числе сероводород - до 0,1). Содержание метана может меняться в зависимости от состава субстрата и технологии в пределах 55-75 %. Содержание воды в биогазе при 40 °С - 50 г/м3; при охлаждении биогаза она конденсируется, и необходимо принять меры к удалению конденсата (осушка газа, прокладка труб с нужным уклоном и пр.).
Энергоемкость получаемого газа - 23 мДж/м3, или 5500 ккал/м3.» (Источник: К.т.н. А.А.Упит, А.В.Карклиныш; "Опыт переработки свиного бесподстилочного навоза в удобрении и биогаз"; Институт микробиологии им.А.Кирхенштейна, Латвия, г.Огре)

по самой сути процесса, если сравнивать его целесообразность с технологией сжигания, то последняя позволяет достичь большего эффекта в производстве тепла и электроэнергии, т.к. не требует таких этапов, как «разжижение – замачивание» и выделение биометана, для того, что бы в последствие так же сжечь его в специализированных газовых установках. При этом доля вырабатываемого тепла котельной установкой «Биндер» на 5МВт от простого сжигания собранного из курятников помета, значительно больше,

«Есть еще один немаловажный момент. Группа британских, американских и немецких исследователей во главе с лауреатом Нобелевской премии в области химии профессором Паулем Крутценом недавно в ходе специального исследования пришла к весьма малоутешительным выводам. Они доказали, что производство и использование биотоплива в комплексе приводит к выбросу в атмосферу гораздо большего количества парниковых газов, чем сжигание нефти, газа или угля. «Своей работой мы утверждаем, что крупномасштабное производство сырья для биотоплива не имеет никакой перспективы и может лишь усугубить проблемы климата Земли», – сообщил один из авторов работы Кит Смит, комментируя специализированному изданию ChemistryWorld итоги исследования.» (Источник: «Коровьи лепешки как альтернатива углю»; www.rbcdaile.ru)

«Еще одной существенной проблемой биометана может стать его неконкурентоспособная по сравнению с традиционным газом цена, а также низкие качественные характеристики — пояснил директор Института национальной энергетики Сергей Правосудов. «Сейчас стоимость природного газа находится на достаточно низком уровне. К тому же биометан на сегодняшний день пока нельзя использовать вместо обычного газа — его добавляют в пропорции примерно один к девяти, да и само производство весьма затратно», — уверен г-н Правосудов» (Источник: "Биогаз великой Британии"; www.rbcdaile.ru)

получение компоста, это, пожалуй существенный плюс данной технологии, если не учитывать, что и его тоже надо будет куда-то использовать.

Выводы:

1- установки могут работать эффективно только на жидком навозе, таком, как свиной или коровий. Это, как правило, связано с технологией уборки навоза скота: его смывания водой с пола в специальные желоба, но такое не допустимо в птичьих хозяйствах, т.к. приведет к антисанитарии и гибели птиц.

2-Полученный биогаз необходимо очищать от примесей.

3-«Биометан – очищенный биогаз с объемной долей метана 93–98 %»(2) – это огнеопасное и взрывоопасное производство, что привлечет внимание соответствующих согласующих и контролирующих организаций.

4- объем вырабатываемого биометана позволяет его сжигать в котлах с получением тепловой энергии, часть которой идет на подогрев самих биореакторов, т.к. ферментативные процессы бактериального происхождения требуют плюсовых температур. Поэтому для существенной выработки достаточного количества биогаза необходимо строить большие биореакторные комплексы.

5- это дорогое оборудование, очень специализированное газовое оборудование, а так же требующее постоянных расходов на закупку бактерий и прочих составляющих, необходимых для протекания процесса в закрытых биореакторах.