Предпосылки к разработке энергетически эффективного способа получения биогаза на территории мусороперерабатывающего завода

Размещено на http://allbest.ru

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

УДК 69.001.5, 656.025.4

Предпосылки к разработке энергетически эффективного способа получения биогаза на территории мусороперерабатывающего завода

Перевалов С.Д.

Саратовская область является регионом, в котором основная часть населения сосредоточена в крупных градопромышленных агломерациях. Сосредоточение производств и населения в крупных центрах приводит к концентрации техногенной нагрузки на окружающую среду и, соответственно, на здоровье населения.

Пригородные территории и примыкающие к городским округам природные ландшафты загрязнены твердыми коммунальными отходами (бутылки из полиэтилентерефталата, полиэтиленовые пакеты, одноразовая посуда, алюминиевая и стеклянная тара).

На сегодняшний день на территории левобережья функционируют два мусороперерабатывающих комплекса в Балаково и Энгельсе. В то время как правобережье не обслуживается ни одним заводом. В этой связи строительство мусороперерабатывающего комплекса является актуальной задачей. Так же в соответствии с территориальной схемой обращения с отходами, в том числе с твердыми коммунальными отходами (ТКО), в саратовской области в 2020 году пять из восьми полигонов захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) будут закрыты, из чего следует, что требуется строительство полигона, способного принять освободившиеся отходы [1]. альтернативный биогаз ресурсоэнергосберегающий

По гидрогеологическим условиям лучшими участками для подобного строительства являются участки с глинами или тяжелыми суглинками и грунтовыми водами, расположенными на глубине не менее 2 м. Под полигоны отводятся отработанные карьеры, свободные от ценных пород деревьев, участки в лесных массивах, овраги и другие территории.

Проектируемая вместимость полигона рассчитывается для обоснования требуемой площади участка складирования ТБО. Расчет ведется с учетом удельной обобщенной годовой нормы накопления ТБО на одного жителя (включающей ТБО из учреждений и организаций), количества обслуживаемого полигоном населения, расчетного срока эксплуатации полигона и степени уплотнения ТБО на полигоне [2].

Мусороперерабатывающий завод представляет собой предприятие, на котором мусор (в основном бытовой) перерабатывают в компост, используемый в качестве удобрения и биотоплива. При переработке из мусора извлекается металлолом; неокисляемая составляющая мусора (резина, кожа, текстиль) отсортировывается и может перерабатываться с помощью пиролиза в топливо. Так как все подобные заводы типовые и строятся по модульной системе, к уже имеющимся цехам можно достраивать модули для расширения функционала и увеличения объемов переработки.

Поскольку для прибыльного функционирования завода требуется спроектированная схема перевозки мусора, следует изучить легитимную схему движения потоков потребления на объекты размещения отходов на территории Саратовской области.

С учетом того, что на территории области реализуется концессионное соглашение в отношении системы коммунальной инфраструктуры - системы переработки и утилизации (захоронения) твердых коммунальных отходов - территорию Саратовской области планируется поделить на две зоны. К первой зоне будут отнесены территории следующих административно-территориальных единиц Саратовской области: Энгельсского, Александрово-Гайского, Дергачевского, Ершовского, Советского, Федоровского, Краснокутского, Марксовского, Новоузенского, Озинского, Питерского, Ровенского, Балаковского, Духовницкого, Ивантеевского, Краснопартизанского, Перелюбского, Пугачевского, Вольского, Хвалынского муниципальных районов, закрытого административно-территориального образования (ЗАТО) Шиханы, закрытого административно-территориального образования (ЗАТО) Михайловское, муниципального образования "Город Саратов".

Ко второй зоне будут отнесены территории следующих административно-территориальных единиц Саратовской области: Базарно-Карабулакского, Балтайского, Новобурасского, Воскресенского, Лысогорского, Калининского, Самойловского, Саратовского, Ртищевского, Аркадакского, Турковского, Романовского, Балашовского, Аткарского, Екатериновского, Татищевского, Петровского, Красноармейского муниципальных районов и закрытого административно-территориального образования (ЗАТО) Светлый".

Объем образования отходов потребления в разрезе муниципальных районов с указанием численности населения представлен в таблице 1 [3].

Таблица 1 - Образование отходов потребления в разрезе муниципальных районов

Из вышеизложенной информации видно, что в 2020 году 5 из 8 полигонов правобережья отправляются на рекультивацию. Следовательно, под объемы ТБО, направляемые на эти полигоны, нужно строить объекты.

Для определения оптимального местонахождения полигона и мусороперерабатывающего завода предлагается использовать одну из разновидностей задач линейного программирования - транспортную задачу [4].

В качестве исходных данных принимаем количество отходов, образующихся на территории каждого административного округа, а также расстояний между ними. Так же известно, что на территории правобережья останется функционировать 3 полигона ТБО: Зоринский полигон, Вектор-Н и Петровский полигон, и имеют мощности 60, 350 и 23,63 тысячи тонн в год отходов соответственно. Поскольку АО «Управление отходами» является оператором по управлению отходами, в их юрисдикции изменять потоки перемещения отходов по области. В связи с этим, наиболее верным решением является проектирование мусороперерабатывающего завода и полигона ТБО таким образом, чтобы рекультивация полигонов на правобережье Саратовской области произошла с минимальным разрывом времени.

Для определения оптимального местонахождения полигона и мусороперерабатывающего завода были решены 18 транспортных задач. На их основе было выявлено, что оптимальным местом размещения полигона ТБО является поселок Лысые Горы.

В таблице 2 представлено решение транспортной задачи с условием размещения полигона и мусороперерабатывающего завода в поселке Лысые Горы. Стоимость логистических затрат по перевозке мусора в условных единицах составляет 340.8109. Предполагается, что издержки при вывозе из МО мусора на полигон, расположенный в данном МО, равны нулю. Другими словами, к мощности полигона, а, как следствие, и завода, добавляются отходы, производимые данным МО. Мощность полигона для каждого МО в каждой задаче представлена без учета отходов, производимых в МО местонахождения полигона, они берутся через подбор данных Симплекс-методом (методом последовательного перехода от одного базисного решения (вершины многогранника решений) системы ограничений задачи линейного программирования к другому базисному решению до тех пор, пока функция цели не примет оптимального значения (максимума или минимума)).

Таблица 2 - Решение транспортной задачи

В состав комплекса предлагается включить энергоэффективную биогазовую установку для переработки твердых отходов, рассчитываемую на определенный объем коммунально-бытовых отходов.

Использование возобновляемых источников, таких как энергия ветра, солнечная и биогазовая энергия, геотермальные источники энергии, на территории России только начинает свое распространение. Биоэнергетические станции имеют ряд преимуществ по сравнению с электростанциями и другими невозобновляемыми источниками энергии. Истощение традиционных источников, таких как нефть и газ, приведет к увеличению стоимости вырабатываемой на их основе электроэнергии. Твердые топлива (уголь, древесина) невозможно использовать для обеспечения большого числа населения необходимым количеством энергии. Во многих регионах России до сих пор присутствуют поселения, не имеющие газо- и электроснабжение. Но развитая сельскохозяйственная деятельность позволит обеспечить данную местность необходимыми ресурсами.

Биогаз является продуктом обмена веществ метановых бактерий и образуется в результате разложения органической массы. В состав биогаза входят: 13-50% CO₂, 50-87% метана, незначительные примеси H₂ и H₂S, после очистки биогаза от CO₂, можно получить биометан, являющийся полным аналогом природного газа [5]. Биогаз образуется практически из любых органических отходов и может использоваться как топливо в предпринимательстве и в домашнем хозяйстве, для отопления помещений, производства электроэнергии, приготовления пищи, кипячения, сушки и охлаждения.

Для дальнейших расчетов использования биогаза в быту следует рассмотреть современную технологическую схему установки, обеспечивающей большой объем потребителей отоплением и получением горячей воды.

Как показали проведенные исследования, установки для производства биогаза являются средством ресурсо- и энергосбережения [6], например, использование биогазовой установки, на нужды животноводческих хозяйств позволяет сэкономить порядка 17,6 т.у.т на теплоснабжение, при этом на собственные нужды вырабатывается до 34 % биогаза.

Эффективное развитие систем энергообеспечения потребителей обусловливает необходимость разработки и внедрения ресурсоэнергосберегающих мероприятий с целью сокращения потерь энергии при ее производстве, распределении и потреблении, снижения материальных и денежных затрат в сооружение и эксплуатацию [7]. Выбор оптимального проектного решения реализуется путем сравнения возможных вариантов по приведенным затратам [8].

Библиографический список

1. Об утверждении территориальной схемы обращения с отходами, в том числе с твердыми коммунальными отходами, в Саратовской области (с изменениями на 28 сентября 2017 года) [Электронный ресурс]: приказ от 22 сентября 2016 года N 70, ред. от 28.09.2016. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/467711267. (Дата обращения 05.04.2018)

2. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов: инструкция/ разраб. Институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН и [др]. Москва, 1998. 225 с.

3. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области в 2016 году: доклад/ под ред. Соколов Д.С и [др]. Саратов, 2017. 254 с.

4. Medvedeva O., Fominykh G. Determination of the optimal LNG plant location in the gas supply area plan// Key Engineering Materials. 2018. Т. 769. pp. 383-387.

5. Медведева О.Н. Основы сжигания газового топлива: учебное пособие. Саратов: Издательский Дом «Райт-Экспо», 2016. 130 с.

6. Медведева О.Н. Разработка эффективных газораспределительных систем: дис. ... д-ра техн. наук 05.23.03/Медведева Оксана Николаевна. Воронеж, 2015. 447 с.

7. Медведева О.Н., Фролов В.О. Система резервного обеспечения потребителей газовым топливом// Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2016. № 4 (44). С. 38-47.

8. Medvedeva O.N. Comparative evaluation of the energy and economic efficiency the gas supply systems of small towns//Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2018. № 1 (37). pp. 29-41.

Аннотация

УДК 69.001.5, 656.025.4

Предпосылки к разработке энергетически эффективного способа получения биогаза на территории мусороперерабатывающего завода. Перевалов С.Д. Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

Описано устройство и компоновка полигона для строительства мусороперерабатывающего завода. Проведено обоснование выбора места размещения завода на основе логистических методов. Предложено строительство биогазовой установки, позволяющей обеспечить потребителей альтернативным топливом и решить проблему утилизации отходов.

Ключевые слова: мусоропереработка, твердые бытовые отходы, транспортная задача, оптимизация, биогаз

Abstract

Development of energetically effective method of obtaining biogas in the territory of a waste treatment plant. Perevalov S.D. Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Description of the device of the landfill, the arrangement of the waste processing plant. The rationale for choosing the location of their location on the basis of logistics methods. The device and layout of the landfill for the construction of a waste recycling plant. A justification of the choice of location of the plant based on logistic methods. The proposed construction of a biogas plant, which allows to provide consumers with alternative fuels and solve the problem of waste disposal.

Keywords: waste processing, solid household, waste transport problem, optimization, biogas

Размещено на Allbest.ru