Экологический эффект
технология выполнена по принципу замкнутого цикла, что снижает количество не перерабатываемых органических отходов и выбросов вредных веществ (с учётом парниковых газов) в атмосферу.
Экономический эффект
получаемый метан – биогаз в дальнейшем можно использовать в локальных ГТЭЦ для производства электроэнергии и тепла, что позволит снизить стоимость электроэнергии на 60-75% и тепловой энергии на 10-20% путём отказа от услуг местных операторов и выйти в точку окупаемости в течение 3-4 лет.
Социальный эффект
при установке биогазовых установок в частных домах и фермерских хозяйствах потребитель получает различные виды энергии и неисчерпаемого топлива с низкой и даже нулевой себестоимостью.
Авторы проекта
Мартынов
Дмитрий Юрьевич
Инноватор, эксперт, бизнесмен и инженер в области климатических проектов и инженерно-конструкторских решений
к.т.н. доцент
Новиченко
Антон Игоревич
Автор проектов в области агропромышленности, информационных технологиях, искусственного интеллекта и больших данных и климата
к.т.н. доцент
Организация-разработчик
Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева
Факультет Техносферной безопасности, экологии и природопользования
Авторы и соавторы экотехпроекта
Сметанин Владимир Иванович
Соломин Игорь Александрович
Мартынов Дмитрий Юрьевич
Новиченко Антон Игоревич
Новиков Александр Васильевич
Грызунова Юлия Юрьевна
Планируемые технические характеристики
КПД метантенка
50-60%
Количество биогаза, направленного на подогрев реакции в биореакторе
40-50%
Количество групп бактерий, участвующих в анаэробном сбраживании
5
Диапазон pH
7,0-7,5
Cодержание жирных летучих кислот
3-8 мг экв/л
Cодержание щелочей
70 — 76 мг экв/л
Cодержание аммонийных солей азота
600 — 800 мг/л
Диапазон температур
0 — 97 оС
Количество стадий анаэробного метанового сбраживания
3 или 4
Количество основных температурных зон жизнедеятельности микроорганизмов
3
Тип переработки
мезофильный и термофильный
Тип перерабатываемых отходов
жидкие с/х и коммунальных отходов
Режим работы метантенка
ручной и авто
Применение ИИ и ПО для автоматизированного и дистанционного управления
да
Уникальность концепта компактных и высокопроизводительных метантенков
Особая конструкция
метантенк, включает корпус с поверхностной теплоизоляцией, открывающиеся в горизонтальном направлении технические двери на петлях с поверхностной теплоизоляцией, задвижками, или замковыми механизмами, закрепленной боковой резинотехнической изоляцией, с системой циркуляции среды включающей соединенные с корпусом магистральные и распределительные трубы для сбраживаемой массы и отвода образуемого биогаза, с закрепленной внутри корпуса технической перегородкой, которая установлена под углом к горизонтальной плоскости и образует внутри корпуса, расположенный выше технической перегородки рабочий резервуар, и расположенный ниже технической перегородки лоток для подачи газовой среды и откачки жидкой среды.
Регулировка температурного режима
внутри технической перегородки метантенка установлены шаровые краны, которые посредством регулировки их подвижных частей, обеспечивают режим подачи и перекачки жидких и газообразных сред и необходимый температурный режим.
Создание системы метантенков с индивидуальной регулировкой температур
качественная регулировка температурных режимов и режимов подачи и перекачки жидких органических, микробиологических и газообразных сред также позволяет компоновать систему из нескольких метантенков, устройство которых соответствует предложенной полезной модели, где каждый метантенк, реализует отдельные циклы сбраживания.
Преимущество концепта компактных и высокопроизводительных метантенков
Перспективные метантенки предназначенны для мезофильной и термофильной переработки жидких органических сельскохозяйственных и коммунальных отходов, в том числе отходов очистных сооружений и частных домохозяйств
Для мезофильной переработки значение составляет 33 до 35 оС, для термофильной от 53 до 55 оС с учётом погрешности в несколько градусов в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от состава сбраживающихся органических субстратов.
Первая стадия включает в себя ферментативный гидролиз нерастворенных сложных органических веществ с образованием более простых растворенных веществ. Вторая стадия — кислотообразования, с выделением короткоцепочечных летучих жирных кислот, аминокислот, спиртов, а также водорода и углекислого газа. Третья — ацетогенную, превращение летучих жирных кислот, аминокислот и спиртов в уксусную кислоту, диссоциирующую на анион ацетата и катион водорода. Четвертая, метаногенная стадия, заключается в образовании метана из уксусной кислоты, а также в результате реакции восстановления водородом углекислого газа. В случае если первые две стадии объединить в одну, то процесс может быть также представлен как трехстадийный.
необходимо учесть при реализации проекта
Технологические риски и #экотехтренды
Перемешивание при помощи циркуляции осадка и рециркуляции газа
Перемешивание осуществляется при помощи циркуляции осадка и рециркуляции газа является более эффективным способом в отличии от перемешивания механическими мешалками. Однако стоит учесть, что слишком высокая интенсивность перемешивания может уменьшить образование биогаза из-за потери связи групп бактерий с органическим субстратом.
Пределы колебания температур
Требования к допустимым пределам колебания температуры субстрата, для оптимального газообразования, тем жестче, чем выше температура процесса ферментации: при психрофильном температурном режиме – ± 2 ⁰С в час; мезофильном – ± 1 ⁰С в час; термофильный – ± 0,5 ⁰С в час.
Система подогрева метантенка
Наиболее распространенной системой подогрева является внешняя система подогрева с водонагревательным котлом (котельной установкой), работающим на биогазе, электричестве или твёрдом топливе, где теплоносителем является вода с температурой около 60 °С. Более высокая температура теплоносителя, повышает риск налипания взвешенных частиц на поверхности теплообменника — теплообменники рекомендуется располагать в зоне действия перемешивающего устройства.
Модульное и компактное исполнение конструкции
Для повышения конкурентоспособности экоинновации на рынке технологий в области экоэнергетики необходимо разработать метантенк модульного и комплексного типа. Такой подход позволит оперативно собирать и разбирать конструкции по мере необходимости переработки отходов с выделением энергии на определённых фермах и фабриках вне зависимости от их расположения.
Сервис аренды комплексного модульного метантенка
Реализация комплексных модульных метантенков позволит открыть новый сервис по сдаче в аренду конструкций по мере их необходимости фермерским хозяйствам и фабрикам, что снизит экономическую на пользователей и экологическую нагрузку на окружающую среду. При этом в состав экотехрешения должны быть включены: метатенк, энергетическая установка, сопутствующее оборудование, а также ПО для дистанционного контроля, мониторинга и управления.
наглядная демонстрация полного цикла работы биогазовых установок с применением специализированного программного обеспечения
Принцип работы биогазовых установок
на решение какой проблемы направлен проект
Низкий показатель переработки органических отходов, которые являются токсичными и выделяют парниковые газы
На полигонах с органикой заводятся вредители, которые могут и выделять неприятный запах, и переносить опасные заболевания. Разложение органических отходов загрязняет сточные воды, а главное — происходит выброс парниковых газов.
Кроме того органика, попадая в один бак с другими отходами, загрязняет те фракции, которые можно было бы переработать.
Эксперты сходятся во мнении, что органические отходы вообще не должны попадать на свалку вместе с другими. Для органики нужно устанавливать специальные контейнеры.
Многие полигоны России в настоящее время переполнены и учитывая, что органические отходы при смешивании с другими видами отходами дают токсичный эффект, то проблема с органическими отходами становится радикально острой.
4
класс опасности
малоопасные отходы, относящиеся к обязательной переработке
16
месяцев
срок сохранения в почве опасных для человека бактерий, образующихся из-за свалок отходов
13-21%
выбросов ПГ
приходится на органические отходы из-за их свалки на открытой местности
составляет метан
который в 21 раз больше удерживает тепло в атмосфере по сравнению с углекислым газом
общепринятое решение
внедрение биогазовых установок в домохозяйствах и фермерских хозяйствах
Наиболее эффективным методом эколого-экономической эффективности переработки органических отходов является применение биогаза для выработки энергии – электрической или механической, которая покроет потребность домохозяйств, фермерских хозяйств и предприятий в энергоресурсах.
65%
отходов и ПГ
образуется меньше путём их переработки в субострат и энергию
>95%
стоимости
снижается на электроэнергию
2-3
раза
увеличивается эффективность экологичного минудобрения
Непрекращающиеся исследования показали, что получаемый из метантенка метан может использоваться в химической промышленности для производства сажи (это актуально для резиновой промышленности, где сажа используется в качестве красителя), метилового и этилового спирта, ацетилена, формальдегида, бензола, хлороформа и других важных химических продуктов.
В перспективе переоборудованные биогазовые установки могут производить биоСПГ — высокоэффективное экологически чистое топливо для автотранспорта и газовых электростанций.
органические отходы и биогаз
в России
29 000 000 тонн
ежегодно образуется органических отходов
Ежегодный экологический ущерб от нарушения регламентов использования навоза и помета
до ₽25 млрд.
размер ежегодных убытков из-за деградации и эрозии 1,5 млн. га по причине оставления на этой территории органических отходов, из-за которых невозможно выращивать 3,9 млн. т сельхозпродукции в год
составляют капитальные затраты на вывоз навоза
95%
отходов попадает напрямую на свалки или остаются на открытой местности
в 5 раз
составит рост органического производства в ближайшие 5-6 лет
составляет ежегодный выброс в атмосферу метана из-за отсутствия энергетического использования органосодержащих отходов
органические отходы и биогаз
в мире
средний размер большинства реальных предложений на рынке биогазовых установок
1,3 млрд. тонн
размер ежегодно теряемого или выбрасываемого количества продуктов питания
Стадия реализации
SILI ecoengineering | Russian intellectual ecotechnical network | Copyright ©