Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время среди других проблем, которые стоят перед человечеством, ярко выделяются две проблемы -энергетическая и охрана окружающей среды. Возникновение энергетической проблемы связано с растущей потребностью производства в энергии, а охрана окружающей среды - с ростом количества отходов производственной сферы.
Согласно данным ЦСУ СССР в сельскохозяйственном производстве на современном этапе на различные технологические нужды расходуется более 60 млн. т нефтепродуктов, из них около 16 млн. т только на производство низкопотенциального тепла. В мировом масштабе около 98 производимой и потребляемой человечеством энергии приходится на уголь, нефть и природный газ, и только 2$ - на гидро- и атомную энер_етику. В связи с этим постоянно растущий дефицит ископаемых органических топлив, значительное повышение себестоимости его добычи и транспортировки все более острее ставит вопрос об изыскании надежных альтернативных, постоянно возобновляемых источников энергии, и о создании энергосберегающих технологий.
С проблемами современной энергетики очень тесно связана другая проблема - проблема охраны окружающей среды. Созрела необходимость разработки научных методов и технологий по получении энергии и топлива при одновременном решении вопросов, связанных с защитой окружающей среды от непрерывно поступающих в биосферу органических ч тепловых загрязнений.
Международный конгресс "Глобальный форум по проблемам окружающей среды и развития в целях выживания", открывшийся 15 января 1990 г. в Москве, где принимали участие представители 82 государств, обсуждал именно экологический вопрос.
При решении проблем энергетического кризиса и охраны окружающей среды большую роль может играть нетрадиционная энергетика, одной из ветвей которой является метановое сбраживание органических отходов.
Достижения современной науки и техники свидетельствуют о том, что определенная часть ископаемого органического топлива может быть заменена альтернативными источниками топлива, например, биогазом и этиловым или метиловым спиртом, как топливом для двигателей внутреннего сгорания.
Основными положениями Энергетической программы СССР на длительную перспективу предусмотрено на первом этапе ее реализации создать материально-техническую базу для широкого использования нетрадиционных источников энергии, в том числе и энергии биомассы. Использование энергии биомассы одновременно решает две проблемы -производства топлива и охрана окружающей среды.
Крупные животноводческие комплексы, сахарные заводы, мясокомбинаты, бумагопроизводящие фабрики, деревообрабатывающие комбинаты, сельскохозяйственное производство, городская канализация и т.д. ежегодно производят значительное количество отходов. Эти отходы содержат различные органические вещества, являющиеся потенциальными источниками энергии. Накопление отходов в производственной сфере приводит к загрязнению рабочего пространства, а также они являются источниками инфекционных заболеваний, в конечном итоге приводящих к снижению производительности труда. Для обеззараживания этих отходов необходимо произвести их переработку, которая требует дополнительной энергии.
Традиционные способы переработки отходов являются энергопотребляющими (например, аэрационный метод переработки отходов сги-ногодческих комплексов). Переход от энергопотребляющих методов переработки отходов к энергопроизводящим способам является актуальной задачей современности. К таким технологиям относится метановое брожение органических отходов, приводящее к. производству энергии, высококачественных удобрений, охране окружающей среды, дезактивации семян сорных растений, уничтожению патогенных микроорганизмов, присутствующих в составе отходов и т.д. Сам метод переработки органических отходов путем метанового брожения является эколс ически чистым методом. Применение метанового брожения для переработки органических отходов позволит сэкономить и даже произвести дополнительную энергию, улучшить экологическое состояние вокруг крупных животноводческих комплексов, фабрик и других производственных объектов.
Только лишь из отходов общественного животноводства по Туркменской ССР можно получать 460-10 м3 биогаза в год, что эквивалентно примерно 400 тысяч т.у.т. (при концентрации метана в соста-ве биогаза 70$). Если учесть отходы индивидуальны?, хозяйств, растениеводства, фабрик, комбинатов (молочных, пивоварных, мясных и т.д.) республики, то можно получать не меньше чем 1000 тысяч т.у.т.
в год, что означает 60 млн. руб. при стоимости 60 руб за тонну условного топлива. Это только по биогазу. К этилу следует добавить еще и прибыли от получаемого после метанового брожения биоудобрения, охраны окружающей среды и дезактивации семян сорных растений.
Метановое сбраживание, как экологически чистый биотехнологический процесс, ггграет существенную роль в ликвидации неприятного запаха органических отходов, уничтожении патогенных микроорганизмов, присутствующих в составе перерабатываемого сырья и снижении всхожести семян сорных растений, содержащихся в навозе.
Целью работы является разработка научных основ технологии метанового брожения отходов животноводства и создание биогазовых установок с использованием солнечной энергии в целях повышения выхода товарного биогаза применительно к климатическим, экологическим, энергетическим и экономическим условиям Туркменской ССР.
-
Разработать биотехнологические основы метаногенерации разнообразных органических отходов животноводства в условиях Туркменской ССР, определить их энергетический потенциал и с учетом последнего дать общую оценку запасов сырья для биогазовой промышленности для Туркменской ССР и возможный прогноз реализации во времени.
-
Разработать принципы'биогазовых технологий и набор комплектующего оборудования в условиях Туркменской ССР.
-
Разработать конструкции биореакторов, повышающих эффективность процесса.
Научная новизна";
-
Автор обосновал и разработал концепцию создания в Туркменской ССР новой отрасли энергетики - биоэнергетики, сочетающей в себе не только получение одного из наиболее экологически чистых источников топлива - метана, но и утилизацию и обеззараживание разнообразных органических отходов, постоянная концентрация которых несет в себе социально-экономический вред.
-
Автором впервые проведена научнообоснованная оценка сырьевых возможностей Туркменской ССР для широкомасштабного промышленного производства биогаза.
-
Разработаны новые высокоэффективные реакторы, новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами за № І390І97 СССР, J* 1500630 СССР и положительным решением № 4698890/31-26 (075837) СССР от 21.12.1989 г. и проведена оценка их энергопотребиости при-
менительно к резко-континентальному климату Средней Азии.
4. Разработаны научнообоснованные рекомендации по широкому развитию биогазовой промышленности в Туркменской ССР с учетом ис-пользовантя территорий пустынных паотбищ.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Использование чизотноводческих отходов в качестве сырья для метанового сбраживания и получения из них ценных продуктов в виде горючего газа и экологически чистых органоминеральных биоудобрений имеет большое практическое и народнохозяйственное значение. При этом параллельно решается проблема охраны окрукащей среды. Замена традиционного способа переработки животноводческих отходов путем аэрации, способом метанового сбраживания позволит сэкономить значительное количество энергоресурсов.
Экспериментально полученные научные данные, изложенные в данной диссертационной работе, использованы в СПКБ Телиопроект" НПО "Солнце" АН ТССР при проектировании крупномасштабной биогазовой установки объемом 100 м3 (где будут перерабатываться животновод-чевкие отходы), строящейся в м. Бикрова (Ашхабад, ТССР), в составе безотходного животноводческого комплекса, биогазовой установки для переработки сточных вод жилищных поселков и в строительстве биогазовой установки в конзаводе "Комсомол" производительностью 80 м3 биогаза в сутки.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на: II Всесоюзном совещании "Техническая-биоэнергетика" (г. Саратов, 17-19 сентября 1985 г.), Всесоюзном совещании "Промышленное культивирование микроводорослей" (г. Ашхабад, 1985 г.), Всесоюзной конференции "Процессы и аппараты для микробиологических произ- ->дств" Биотехника-86" (г. Грозный, 1-3 июля 1986 г.), совещании по технической биоэнергетике "Биогаз-87" (г. Рига, 16-20 ноября 1987 г.), Всесоюзной научно-практической конференции "Основные направления и опыт исследования нетрадиционных источников энергии в народном хозяйстве (г. Душанбе, 29-31 марта 1988 г.), Республиканской научной сессии Совета по Координации АН ТССР "Использование в народном хозяйстве возобновляемых источников энергии" (г. Ашхабад, 1989 г.).
