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

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.

Преобразование ила в энергию

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]

Заключение

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).

Комментарии

Владислав Карасевич‎

Вообще, на мой взгляд, достаточно дорогой термогидролиз (по своей сути технология чем-то напоминает производство попкорна) все же больше подходит для крупных водоканалов городов-миллионников где важна скорость переработки осадка (земля под иловые поля в больших городах обычно удовольствие дорогое, да и эксплуатационные издержки тоже немаленькие). Подобный подход мы когда-то предлагали Санкт-Петербургскому водоканалу.

Юрий Добровольский

Осталось посчитать, сколько энергии уходит на обезвоживание ила и «воздействие на него температуры и давления». И интуиция мне подсказывает, что цифра эта будет побольше, чем выделится при сжигании продуктов термогидролиза :)

Владислав Карасевич

Там есть несколько специфических для переработки осадка неэнергетических моментов. Во-первых, при большом потоке ила нужно минимизировать необходимую под его переработку площадь поэтому скорость переработки осадка является самым важным фактором (в том числе и с точки зрения экономики проекта). Во-вторых, во многих странах есть требования к термическому обеззараживанию осадка перед его сбраживанием. Мне же больше нравится вариант Мосводоканала без термогидролиза, но перебродившая органика в случае Москвы не может использоваться как удобрения для пищевых культур, только для газонов и парков.

Юрий Добровольский

Владислав Карасевич, есть биотопливные элементы, но, увы, их реальное использование светит не раньше, чем через 10-15 лет.

Vitaliy Khod

Видел такие пули на побережье Коста Дорады.

Руслан Витальевич Крутенко

1) Количество фекалий, опорожняемых человеком, составляет всего 200 г в сухом виде. В статье указано 700 г, что является не компетентной цифрой.

2) Биогаз - дорогая НЕ окупаемая технология.

3) А вот технология гидротермальной карбонизации - быстроокупаемая, и позволяет получать экологически чистый синтетический биоуголь, по параметрам полукокс теплотворностью 31-35 МДж/кг (7500-8000 ккал/кг), зольностью 0,5-1,5% и минимумом летучих.

Уже созданы промышленные образцы автономных модулей контейнерного типа производительностью 10 тыс. тонн в год полукокса из ила, навоза КРС, свиного навоза, птичьего помёта, отходов деревообработки и гидролизных производств, отходов с/х и прочего.

Доход за 14 месяцев работы комплекса окупает все первоначальные инвестиции.

4) Возможно также проводить прямое гидрирование иловых наносов с получением высококачественной бессернистой нефти за один передел. Пройдены НИРы и ОКРы. В данное время строится опытно-промышленная установка по данной технологии.

Написать комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

  • Дата:15.05.2020
  • Просмотры:727
  • Источник: Stanford University

Другие публикации по теме