Сам себе генератор

Канализационный газ образуется в главных каналах водосточной сети из-за брожения сточных вод. Их состав и концентрация могут незначительно разниться, но это почти всегда твердый осадок, который бродит, из-за чего образуются различные газы: метан (N₂, 40–70 %), углекислый газ (CO₂, 16–34 %), сероводород (H₂S, до 3 %), аммиак (NH₃, 1–5 %), водород (Н, до 3 %), а также биологические организмы, водяные пары и другие вещества (до 5 %). Запах возникает из-за сероводорода, который одарил смесь «ароматом» тухлых яиц.

В чистом виде канализационный газ малоинтересен, поскольку сеть водоотведения проектируется так, чтобы исключить заиление. Основную перспективу видят в биогазе, который получают на очистных сооружениях канализации из осадков бытовых сточных вод. Об этом «ММ» рассказал Анатолий Валентинович Кудрявцев, кандидат технических наук, доцент СПбГАСУ факультета инженерной экологии и городского хозяйства.

Анатолий Кудрявцев, spbgasu.ru

– Необходимо разделять газ, который образуется в канализационных сетях, и биогаз, получаемый на очистных сооружениях канализации. Это абсолютно разные виды: канализационный газ образуется, когда жидкость движется по трубопроводам, из нее выпадает осадок, и происходит его аэробное (с доступом кислорода) брожение. Использование канализационного газа не представляется возможным ни теоретически, ни практически, кроме того, его количество очень незначительно.

На очистных же сооружениях биогаз получают из избыточного активного ила и осадков, когда очищают хозяйственно-бытовые сточные воды. Биогаз образуется при анаэробном (без доступа кислорода) разложении органических веществ под воздействием специфических микроорганизмов (бактерий). Вещества разлагаются до простейших составляющих – вода, твердый компонент (взвесь, которая в стоках, в том числе и мертвые бактерии) и простые газы, и одним из них, как конечный продукт, может быть метан. В природных неконтролируемых условиях он образуется при низких, но положительных температурах, и сам процесс занимает продолжительный период времени (от суток до месяцев). При контролируемом процессе на очистных сооружениях повышают температуру анаэробного сбраживания до 30–55 °С, чтобы ускорить процесс. Чем выше температура, тем быстрее и глубже протекает сбраживание и тем больше газа получается с единицы органического вещества. Ускорить его иными способами, кроме создания оптимальных условий, невозможно.

tigerdroppings.com

Из кубометра загружаемой смеси в среднем выходит 12 м³ газа. Количество зависит от состава осадка. Из кубометра биогаза, в свою очередь, можно получить до 2 кВт/ч электроэнергии и до 6 кВт/ч тепловой энергии в отопительно-производственных котельных. Таким образом, получение биогаза позволяет покрыть расходы на электроэнергию очистных сооружений – они отапливают сами себя. Так, например, устроены Курьяновские очистные сооружения в Москве. Использовать биогаз для других целей сейчас нерентабельно, а в качестве топлива или иной энергии возможно лишь в районах с жарким климатом, где минимальны затраты на поддержание нужной температуры. Из европейских стран это южные районы Италии, Испании, Греции, Турции. В условиях России и конкретно Северо-Запада количество образующегося биогаза не покрывает затраты на его получение ни при каком режиме сбраживания, и этот метод – лишь один из способов обработки осадка, при котором возможно частичное возмещение затрат.

Биогазом заправляют когенерационные установки, например, TEDOM FLEXI, принцип которых в комбинированной выработке тепла и электроэнергии в месте его потребления: гостиницы и пансионаты, школы и университеты, больницы и клиники, промышленность и сельское хозяйство. Когенерация уменьшает потребление энергоресурсов на 70 %, а в случае биогаза ускоряет окупаемость очистительных систем за счет собственного производства топлива. Системы когенерации могут служить в качестве резервного генератора источника энергии.

Старый новый газ

Казалось бы, извлекать газ из отходов догадались только в высокотехнологичном ХХI веке. Но если покопаться в истории, окажется, что предки использовали этот способ задолго до того, как он стал мейнстримом. Еще в Х веке до н. э. ассирийцы успешно применяли газ для подогрева воды в банях, но потом по неизвестной причине отказались от него. В ХIII веке метод «всплыл» в записках Марка Поло, который рассказывал о находчивых китайцах, что используют в качестве топлива бочки с экскрементами. А в 1859 году в Бомбее на базе колоний больных проказой появилось одно из первых предприятий по переработке экскрементов с использованием анаэробных процессов. Выбор сделали не случайно, ведь считалось, что экскременты способствуют распространению болезни. Поэтому предприятие не только получало финансовую выгоду, но и помогало справиться с эпидемиологической ситуацией в регионе.

pmrpressrelease.com

Другое направление получения биогаза – его извлечение из тела полигонов твердых бытовых отходов. По данным Европейской экономической комиссии ООН (UNECE), ежегодно в странах Евросоюза производится более 2 млрд т отходов. В 2010 году это взяли в разработку специалисты из Великобритании. Компания British Gas совместно с Thames Water и Scotia Gas Network запустила линию по производству биометана, который получали из отходов человеческой деятельности. В качестве полигона выбрали местечко Дидкот в графстве Оксфордшир, где биометаном снабжались 130 домов – их системы отопления и газовые плиты. Удачный эксперимент взяли на вооружение, и по всей Великобритании, как грибы, начали появляться аналогичные газовые линии. При благоприятном развитии отрасли Британия убьет сразу двух зайцев: получит до 15 % энергоносителей за счет возобновляемых источников энергии и перестанет зависеть от поставок газа из Ближнего Востока и России. Одна станция, которая обслуживает канализацию на 100 тыс. человек, может производить в сутки около 2500 м³ биогаза, что эквивалентно 2 т бензина. Учитывая, что ежегодно в канализации Соединенного Королевства попадает 1,73 млн т отходов, дефицита в сырье не будет.

Финансирование и привязка к местности – слабое место биогаза. В большинстве случаев топливо используют добывающие его предприятия, о централизованной системе пока речь не идет. Мировые правительства не выделяют на эти цели субсидий, а желающих построить линии переработки за свой счет – единицы. Возможно, время канализационного газа еще не пришло, ведь в нефть сотни лет тоже никто не верил. Но однажды найдется энтузиаст, который в очередной раз перевернет мир с помощью трех китов – лени, денег и авантюры.