Урбанизация населения и индустриализация экономики приводят к росту образования иловых отложений в системах городской и промышленной инфраструктуры. Ил является побочным продуктом очистки сточных вод. В современном Китае вырабатывается порядка 40 миллионов метрических тонн ила ежегодно. [1]
Ил может нанести ущерб окружающей среде, если его вывозить на свалки или сбрасывать в реки, или прибрежные водоемы. В 2009 году ил, захороненный в Шэньчжэне, Китай, попал в реку и загрязнения распространились вплоть до Гонконга. [2] Поэтому технологии, за счет которых ил преобразуется в энергию, позволяют «одним выстрелом убить двух зайцев».
Для примера можно рассмотреть два предприятия переработки ила с целью производства энергии, расположенных в Давыгульме (Davyhulme), Великобритания, и Сянъяне (Xiangyang), Китай.
Очистные сооружения в Давыхульме крупнейшие в мире. Они перерабатывают отходы, создаваемые 1,2 миллионами жителей Манчестера и его пригородных территорий. На предприятии ил поступает в огромный металлический контейнер, в котором на него воздействуют высокое давление и температура. После сложного процесса ядовитые организмы погибают, а из установки выходит биогаз и очищенный ил. Добываемый биогаз на коммерческой основе питает энергосистему Великобритании. [3]
Сянъян один из первых в своем регионе начал инвестиции в анаэробное сбраживание, а также сбор и утилизацию метана. Китайская фирма Toven построила завод по переработке осадка, производимого 2 миллионами жителей города Санъян для производства сжатого биогаза.
Биогаз продается на автозаправочных станциях, используется для энергоснабжения домов и заправки автомобилей. [1] Получая существенную прибыль, завод снизил загрязнение воздуха в городе за счет эффективной утилизации ила и органических отходов.
Реализуя технические процессы высокотемпературного термогидролиза, анаэробного сбраживания, а также улавливания и переработки метана, производя почвенные удобрения, проект Санъян восстанавливает и повторно использует питательные вещества из ила, препятствуя загрязнению водоемов.
Количество ила, образующегося на одного человека в день, одинаково по всему миру и составляет около 0,07 кг сухого илового осадка в день. Максимальное количество энергии из этой массы можно получить, если ее сжечь. Поскольку количество запасенной энергии в иле примерно соответствует древесине, то ее количество из расчета на человека в день составит:
0,07 кг/день × 2,2 × 10⁷ Дж/кг = 1,54 × 10⁶ Дж/день
Поскольку 1 кВт-ч равняется 3,6 × 10⁶ Дж, то полученная энергия от сжигания сухого ила составит около 0,5 кВт-ч/сутки, стоимость которой в состоятельных странах находится на уровне 0,05 долларов США.
Поскольку современные парогенераторы, производящие электричество, имеют эффективность примерно на уровне 50%, то стоимость добытой таким способом электроэнергии будет оцениваться в 0,03 доллара.
Если рассматривать утилизацию энергии, потери которой происходят при рассеивании тепла в процессе ее передачи от различных восстанавливающих веществ метану, при поддержании микробной активности, а также то, что 80% химической энергии, содержащейся в исходном материале может быть преобразована в метан, и только около 35% химической энергии метана может быть преобразовано в электричество в процессе его сжигания, то общая эффективность рекуперации энергии может составить около 28%. [6]
В течение 21 года работы проекта Сянъян будет добыто 45,4 млн м³ биогаза. [1] Этот биогаз будет сжат и заменит около 60 000 м³ бензина, что позволит сократить выбросы CO² на дополнительные 140 000 метрических тонн. [4]
Очистка сточных вод имеет решающее значение для санитарии и поддержания высокого уровня качества воды.
Технология высокотемпературного термогидролиза, которая преобразовывает ил в биогаз, поможет в будущем решить экологический и энергетический кризисы. Это может принести пользу всем участникам процесса, включая муниципальные органы власти, предприятия, домашние хозяйства и окружающую среду.
Ил может стать «черным золотом». Однако надо учитывать, что извлечение энергии из сточных вод не может повлиять на общую структуру энергопотребления в мире, поскольку это лишь очень небольшая часть общего энергопотребления, даже при 100% рекуперации энергии. [5]
Источник:
Dahee Chung. «От осадка к энергии».
Ссылки:
[1] X. Fu и соавт., «От осадка к энергии: экологическая, энергетическая и экономическая оценка улавливания метана из осадка в городе Сянъян провинции Хубэй», Институт мировых ресурсов, март 2017 года.
[2] M. Griffiths и соавт., «Управление водными ресурсами», EC-Link, март 2017.
[3] R. Sutton и соавт., «Проект модернизации Davyhulme WwTW», UK Water Projects, 2016.
[4] P. L. McCarty, J. Bae и J. Kim, «Очистка бытовых сточных вод как производство чистой энергии - можно ли этого достичь?», Environ. Sci. Technol. 45, 7100 (2011).
[5] X. Xie, «Энергия из сточных вод», Physics 240, Стэнфордский университет, осень 2011.
[6] A. Karagiannidis и соавт., «Оценка производства и использования осадка сточных вод в Греции в рамках комплексного получения энергии», Desalin. Water Treat. 33, 185 (2011).
Написать комментарий