ПОЛУЧЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПУТЕМ УТИЛИЗАЦИИ ПРОДУКТОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПОЛИГОНОВ ТБО
|
Введение 4
1 Актуальность работы 5
1.1 Нормативно-правовые акты Российской Федерации в области
биоэнергетики 9
1.2 Уровень техники 12
1.2.1 Системы сбора и отвода свалочного биогаза 12
1.2.1.1 Патентный поиск конструкций сбора и отвода свалочного биогаза
1.2.1.2 Описание патентных документов 14
1.2.1.3 Анализ патентных документов 34
1.2.2 Методы очистки сточных вод 38
1.2.2.1 Методы механической очистки сточных вод 40
1.2.2.2 Методы физико-химической очистки сточных вод 41
1.2.2.3 Методы химической очистки сточных вод 42
1.2.2.4 Методы термической очистки сточных вод 43
1.2.2.5 Методы радиационной очистки сточных вод 43
1.2.2.6 Методы биохимической (биологической) очистки сточных вод
1.2.2.7 Анализ рассмотренных методов 46
1.2.2.8 Патентный поиск конструкций для очистки фильтра полигонов ТБО
1.2.2.9 Описание и анализ патентных документов 48
1.2.2.10 Патентный поиск конструкций аэротенков для очистки фильтрата от отходов 51
1.2.2.11 Описание и анализ патентных документов 52
2 Оценка уровня метанообразования полигона ТБО 55
2.1 Демографический прогноз предположительной численности населения города Челябинска 55
2.2 Модель «Landfill Air Emissions Estimation Model» 59
2.3 Модель «LandGEM» 61
2.4 Модель «Tabasaran-Retenberger» 64
2.5 Модель «АКХ им. Памфилова» 66
2.6 Выводы по проведенным расчетам 67
2.7 Выбор газопоршневых когенерационных установок 68
3 Отстойник для биологической очистки фильтрата с применением
водорослей 74
3.1 Разработка новой конструкции установки для биологической очистки фильтрата 74
3.2 Регистрация полезной модели 76
3.3 Открытые задачи 79
4 Экономический раздел 80
4.1 Заявка на участие в грантовом конкурсе «СТАРТ» 81
Заключение 87
Библиографический список 89
Приложение А 96
Приложение Б 101
Приложение В 103
Приложение Г 105
Приложение Д 107
Приложение Е 109
Приложение Ж 111
Приложение З 113
Приложение И
1 Актуальность работы 5
1.1 Нормативно-правовые акты Российской Федерации в области
биоэнергетики 9
1.2 Уровень техники 12
1.2.1 Системы сбора и отвода свалочного биогаза 12
1.2.1.1 Патентный поиск конструкций сбора и отвода свалочного биогаза
1.2.1.2 Описание патентных документов 14
1.2.1.3 Анализ патентных документов 34
1.2.2 Методы очистки сточных вод 38
1.2.2.1 Методы механической очистки сточных вод 40
1.2.2.2 Методы физико-химической очистки сточных вод 41
1.2.2.3 Методы химической очистки сточных вод 42
1.2.2.4 Методы термической очистки сточных вод 43
1.2.2.5 Методы радиационной очистки сточных вод 43
1.2.2.6 Методы биохимической (биологической) очистки сточных вод
1.2.2.7 Анализ рассмотренных методов 46
1.2.2.8 Патентный поиск конструкций для очистки фильтра полигонов ТБО
1.2.2.9 Описание и анализ патентных документов 48
1.2.2.10 Патентный поиск конструкций аэротенков для очистки фильтрата от отходов 51
1.2.2.11 Описание и анализ патентных документов 52
2 Оценка уровня метанообразования полигона ТБО 55
2.1 Демографический прогноз предположительной численности населения города Челябинска 55
2.2 Модель «Landfill Air Emissions Estimation Model» 59
2.3 Модель «LandGEM» 61
2.4 Модель «Tabasaran-Retenberger» 64
2.5 Модель «АКХ им. Памфилова» 66
2.6 Выводы по проведенным расчетам 67
2.7 Выбор газопоршневых когенерационных установок 68
3 Отстойник для биологической очистки фильтрата с применением
водорослей 74
3.1 Разработка новой конструкции установки для биологической очистки фильтрата 74
3.2 Регистрация полезной модели 76
3.3 Открытые задачи 79
4 Экономический раздел 80
4.1 Заявка на участие в грантовом конкурсе «СТАРТ» 81
Заключение 87
Библиографический список 89
Приложение А 96
Приложение Б 101
Приложение В 103
Приложение Г 105
Приложение Д 107
Приложение Е 109
Приложение Ж 111
Приложение З 113
Приложение И
В данное время одной из крупнейших проблем человечества являются отходу. Отходы сопровождают человека на каждом этапе его деятельности, ведь, как известно безотходных технологий нет, не было и никогда не будет. По различным оценкам ежегодно в Российской Федерации образуется от 35 до 60 миллионов тонн твердых бытовых отходов[61]. Подобный рост количества отходов требует пристального к вопросу их утилизации.
На сегодняшний день культура обращения с отходами граждан Российской Федерации находится на низком уровне, что не позволяет повсеместно внедрять технологии раздельного сбора отходов, которая бы позволила использовать часть утилизируемой фракции в качестве вторичного сырья или подвергать утилизируемые отходы термическому разложению. Что приводит лишь к одному единственному техническому решению в области их утилизации - захоронению на специальных полигонах.
Данное решение не является оптимальным, ведь оно требует ежегодного отчуждения земель под расширение полигонов и строительство, и вложений в эти полигоны, которые должны отвечать всем техническим и гигиеническим требованиям. Однако даже полигоны, отвечающие всем установленным требованиям, не могут гарантировать экологическую безопасность. Полигон для захоронения отходов является своеобразным генератором биогаза (свалочного биогаза), образующегося в результате разложения органической фракции отходов. Этот газ горюч и может стать причиной пожара или взрыва на полигоне, а также имеет токсичные компоненты, приводящие к отравлению человеческого организма. Кроме того, неконтролируемые выбросы этого биогаза из тела полигона негативно влияют на атмосферу. Согласно анализу Межправительственной комиссии по изменению климата (1РСС)данные выбросы с полигонов Российской Федерации составляют 2,5% от мировой эмиссии[62]. Все это приводит к потребности его сбора и отвода для утилизации с целью получения энергии. Другим негативным продуктом полигонов является фильтрат - водная смесь, образующаяся из атмосферных вод проходящим через тело полигона и жидкой фракции, которая возникает в результате разложения органической фракции. Фильтрат является токсичным и может стать причиной заражения почвы и различных вод, что приводит к потребности его очищения. Очищение может производиться биологическими методами, что позволяет в дальнейшем преобразовывать активную биомассу, используемую в процессе очистки, в биотопливо.
Данная работа посвящена анализу современных конструкций для сбора и отвода свалочного биогаза, и установок для очистки фильтрата, математических моделей для оценки уровня метанообразования полигонов твердых бытовых отходов, и нахождению новых технических решений в представленной теме.
На сегодняшний день культура обращения с отходами граждан Российской Федерации находится на низком уровне, что не позволяет повсеместно внедрять технологии раздельного сбора отходов, которая бы позволила использовать часть утилизируемой фракции в качестве вторичного сырья или подвергать утилизируемые отходы термическому разложению. Что приводит лишь к одному единственному техническому решению в области их утилизации - захоронению на специальных полигонах.
Данное решение не является оптимальным, ведь оно требует ежегодного отчуждения земель под расширение полигонов и строительство, и вложений в эти полигоны, которые должны отвечать всем техническим и гигиеническим требованиям. Однако даже полигоны, отвечающие всем установленным требованиям, не могут гарантировать экологическую безопасность. Полигон для захоронения отходов является своеобразным генератором биогаза (свалочного биогаза), образующегося в результате разложения органической фракции отходов. Этот газ горюч и может стать причиной пожара или взрыва на полигоне, а также имеет токсичные компоненты, приводящие к отравлению человеческого организма. Кроме того, неконтролируемые выбросы этого биогаза из тела полигона негативно влияют на атмосферу. Согласно анализу Межправительственной комиссии по изменению климата (1РСС)данные выбросы с полигонов Российской Федерации составляют 2,5% от мировой эмиссии[62]. Все это приводит к потребности его сбора и отвода для утилизации с целью получения энергии. Другим негативным продуктом полигонов является фильтрат - водная смесь, образующаяся из атмосферных вод проходящим через тело полигона и жидкой фракции, которая возникает в результате разложения органической фракции. Фильтрат является токсичным и может стать причиной заражения почвы и различных вод, что приводит к потребности его очищения. Очищение может производиться биологическими методами, что позволяет в дальнейшем преобразовывать активную биомассу, используемую в процессе очистки, в биотопливо.
Данная работа посвящена анализу современных конструкций для сбора и отвода свалочного биогаза, и установок для очистки фильтрата, математических моделей для оценки уровня метанообразования полигонов твердых бытовых отходов, и нахождению новых технических решений в представленной теме.
В первой главе выпускной магистерской диссертации была представлена актуальность работы. В этой главе был проведен анализ актуальности использования ВИЭ. В анализе были использованы международные отчеты о состоянии возобновляемой энергетики, в частности о доле возобновляемых источников энергии в общем объеме энергетического потребления и количестве рабочих мест созданных благодаря использованию возобновляемых источников энергии. Кроме того, для оценки заинтересованности жителей Российской Федерации во внедрении ВИЭ в анализ были включены результаты исследования проведенного в виде социологического опроса «Исследование отношения населения России к вопросу размещения ветроэнергетических установок в городской среде». Также в этой главе описаны результаты анализа нормативно-правовых актов Российской Федерации в области биоэнергетики (анализ был проведен совместно с Бодровой Е.С.). В последней части главы был проведен анализ уровня техники, в который вошли:
1) Патентные исследования конструкций сбора и отвода свалочного биогаза;
2) Обзор основных методов очистки сточных вод;
3) Патентный поиск конструкций для очистки фильтра полигонов ТБО;
4) Патентный поиск конструкций аэротенков для очистки фильтрата от отходов.
Вторая глава диссертации посвящена оценке уровня метанообразования полигонов ТБО. Оценка производилась по основным математическим моделям используемых для определения уровня метанообразования («LandfillAirEmissionsEstimationModel», «LandGEM», «T abasaran-
Retenberger» и «АКХ им. Памфилова»). По результатам расчета было получено усредненное значение выхода свалочного биогаза в час с полигона ТБО. Исходя из этого значения, были выбраны три когенерационные газопоршневые установки фирмы TEDOM, две установки Quanto D2000 и одна установка Quanto D1200.
В третьей главе была представлена конструкция отстойника для биологической очистки фильтрата полигонов ТБО с применением водорослей, которая была зарегистрирована в реестре полезных моделей Российской Федерации (патент РФ на полезную модель № 160907). Особенностями предложенной конструкции являются наличие системы искусственного освещения и вентиляционной системы. Данное техническое решение должно обеспечить оптимальные условия для биологической очистки фильтрата и получения биомассы водорослей с высоким содержанием липидов, для ее дальнейшей переработки в биодизель. Также в главе описан процесс составления описания полезной модели и составление формулы, которые были приложены к заявке на получение патента. В конце главы были представлены задачи для продолжения исследования, в которые входят:
1) Проведение лабораторных исследований направленных на изучения влияния таких факторов как излучение и качество воздушной среды на различные штаммы водорослей в процессе биологической очистки фильтрата.
2) Создание прототипа установки для комплекса очистных сооружений фильтрата полигонов ТБО.
В последней главе было проведено экономическое исследование, которое было оформлено в виде заявки на участие в грантовом конкурсе «СТАРТ». В главе были предоставлены краткие описания каждой из формы (частей) заявки, сами заполненные формы в виде таблиц и комментарии к ним.
1) Патентные исследования конструкций сбора и отвода свалочного биогаза;
2) Обзор основных методов очистки сточных вод;
3) Патентный поиск конструкций для очистки фильтра полигонов ТБО;
4) Патентный поиск конструкций аэротенков для очистки фильтрата от отходов.
Вторая глава диссертации посвящена оценке уровня метанообразования полигонов ТБО. Оценка производилась по основным математическим моделям используемых для определения уровня метанообразования («LandfillAirEmissionsEstimationModel», «LandGEM», «T abasaran-
Retenberger» и «АКХ им. Памфилова»). По результатам расчета было получено усредненное значение выхода свалочного биогаза в час с полигона ТБО. Исходя из этого значения, были выбраны три когенерационные газопоршневые установки фирмы TEDOM, две установки Quanto D2000 и одна установка Quanto D1200.
В третьей главе была представлена конструкция отстойника для биологической очистки фильтрата полигонов ТБО с применением водорослей, которая была зарегистрирована в реестре полезных моделей Российской Федерации (патент РФ на полезную модель № 160907). Особенностями предложенной конструкции являются наличие системы искусственного освещения и вентиляционной системы. Данное техническое решение должно обеспечить оптимальные условия для биологической очистки фильтрата и получения биомассы водорослей с высоким содержанием липидов, для ее дальнейшей переработки в биодизель. Также в главе описан процесс составления описания полезной модели и составление формулы, которые были приложены к заявке на получение патента. В конце главы были представлены задачи для продолжения исследования, в которые входят:
1) Проведение лабораторных исследований направленных на изучения влияния таких факторов как излучение и качество воздушной среды на различные штаммы водорослей в процессе биологической очистки фильтрата.
2) Создание прототипа установки для комплекса очистных сооружений фильтрата полигонов ТБО.
В последней главе было проведено экономическое исследование, которое было оформлено в виде заявки на участие в грантовом конкурсе «СТАРТ». В главе были предоставлены краткие описания каждой из формы (частей) заявки, сами заполненные формы в виде таблиц и комментарии к ним.
Подобные работы
- Исследование и разработка технологии рекультивации полигона ТБО Тимофеевский побочными продуктами производства ПАО «ТОАЗ»
Магистерская диссертация, техносферная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 5650 р. Год сдачи: 2019