CC BY
28
УДК 663.5 + 663.26
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ПОСЛЕСПИРТОВОЙ БАРДЫ
© 2012 г. Е.А. Грибут, О.А. Суржко
Южно-Российский государственный South-Russian State
технический университет Technical University
(Новочеркасский политехнический институт) (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Рассматривается оценка эколого-экономических показателей, получаемых при реализации новых технических решений и совершенствование технологии утилизации барды. Выявлены наиболее существенные недостатки существующих технологий. Представлены структурные диаграммы сводных эксплуатационных затрат для сравнения экономической эффективности использования различных соединений реагентов.
Ключевые слова: послеспиртовая барда; технология утилизации; экономическое сравнение; соединения реагентов.
Considered estimation ecologo-economic factors, got at realization of the new technical decisions and improvement to technologies to salvaging bards. Will revealed the most essential defect existing technology. The structured diagrams of the consolidated working expresses will present for comparison of the cost-performance of the use the different join reagent.
Keywords: айет alcohol departure; technology of recycling; economic comparison; join reagent.
В настоящее время в Российской Федерации послеспиртовая барда является малоиспользуемым или вообще не используемым отходом спиртового производства. Барда является крупнотоннажным экологически опасным отходом заводов по производству этилового спирта. По составу загрязняющих веществ завод производительностью 1800 дал спирта в сутки наносит ущерб окружающей среде, сопоставимый со сбросом неочищенных сточных вод города с населением 100 тысяч человек. При производстве 1 дал спирта образуется 12 - 14 дал барды, имеющей кислую реакцию среды (рН = 4,2 - 5,2), температуру 105 °С, среднюю плотность 1,04 г/дм3, химическое потребление кислорода доходит до 60 г/дм3 [1].
С 1 января 2008 г. действует Федеральный закон №102-Ф3 от 21.07.2005 г., по которому необходимо добиваться её полной переработки и (или) утилизации на очистных сооружениях.
По внешнему виду барда представляет собой жидкость (коллоидно-дисперсный раствор), содержащую механические и растворенные примеси дробленого зерна, она хорошо поддается естественному осаждению с образованием сгущенного осадка из механических включений и раствора, обогащенного растворимыми органическими и минеральными веществами.
В сельском хозяйстве барда востребована лишь частично при кормлении крупного рогатого скота, да и то преимущественно в зимний период. В летнее время спиртовые заводы сбрасывают барду на поля фильтрации, нанося этим огромный вред окружающей среде. В то же время высокое содержание протеина, витаминов и микроэлементов в послеспиртовой барде способно в значительной степени восполнить сущест-
вующий дефицит кормового белка в животноводстве (табл. 1) [2].
Таблица 1
Сравнительный состав основных питательных веществ в барде
Питательные вещества Содержание питательных веществ в барде, %
зерновой картофельной
Общее количество абсолютно сухих веществ 6 - 8 3,2 - 4,1
в т.ч.:
Сырой протеин 26,8 - 27,5 18,7 - 19,5
Жир 5,9 - 7,5 3,1
БЭВ (углеводов) 40 - 41,8 56,2 - 58,5
Существующие технологии утилизации включают в себя следующие основные стадии: 1. Сбор и предварительное отстаивание свежей барды; 2. Обезвоживание плотного осадка барды на осадительных центрифугах; 3. Сбор фугата обезвоживания и декантата отстаивания; 4. Подщелачивание осветленной жидкой фазы барды; 5. Микрофильтрация полученных растворов; 6. Сушка обезвоженной части плотного осадка барды; 7. Очистка очищенной жидкой фазы барды в анаэробных биореакторах; 8. Доочистка сточных вод на очистных сооружениях.
В процессе утилизации послеспиртовой барды по существующим технологиям не полностью решаются экологические проблемы, так как стоимость оборудования для обработки барды и его энергопотребление достаточно высоки. Все это отрицательно сказывается
на себестоимости основного продукта утилизации -сухой барды.
Нерешенные экологические проблемы предприятия «Камос», г. Черкесск следующие: неэффективная и сложная (трудность эксплуатации) схема по обработке барды, большие энергозатраты, не реализованный потенциал ресурсосбережения.
Анализ существующих проблем позволяет сделать вывод, что только системный подход к решению экологических вопросов утилизации послеспиртовой барды может обеспечить необходимое снижение негативного воздействия на окружающую природную среду и инвестиционную привлекательность проекта.
Целью работы является оценка эколого-экономи-ческих показателей, получаемых при реализации инновационных технических решений и совершенствование процесса утилизации барды. Патентные исследования [3, 4] и анализ научно-технической литературы, проведенные авторами, позволили выявить недостатки существующих технологий, а именно: 1. Высокое энергопотребление оборудования; 2. Необходимость очистки конденсата после выпаривания фугата; 3. Высокие объемы капиталовложений в строительство; 4. Существенные сложности в эксплуатации; 5. Необходимость использования больших (более 1000 м3) емкостей биореакторов, из-за длительности биопроцессов - 4-6 суток; 6. Необходимость применения дополнительных технологий по подготовке растворов к фильтрации и специальной промывке мембран во время работы; 7. Необходимость частой (1 раз в год) замены дорогостоящих мембран.
На первом этапе для нейтрализации барды применяют известковое молоко и рН повышают до 6,5 - 8,0.
Наиболее энергозатратным процессом при утилизации барды является сушка обезвоженного осадка (кека) и очистка воды (фугата) до стандартов, позволяющих использовать её повторно в технологическом процессе.
Авторами проведен теплотехнический расчёт для спиртзавода производительностью 1800 дал/сут, показавший возможность эффективного использования тепла горячей барды (105 °С), в сушилке для кека, позволяющей снизить влажность до 10 %. При этом барда охлаждается до температуры 60 °С, а кек за счет этого нагревается с 25 до 80 °С. Количество тепла,
которое необходимо для испарения 1000 кг в час влаги из кека с температурой 35 - 40 °С, составляет примерно 380 кВт/ч и требуемая площадь теплообмена в сушилке - около 30 м2. При суточной массе кека после центрифуги, равной 38,71 т и влажности 65 %, необходимо удалить 22,64 т воды в сутки, для чего потребуется 8520 кВт электроэнергии. Используя тепло горячей барды (вторичный энергоресурс), экономим 43961 руб./сут (при тарифе 5,16 руб./(кВт-ч)). Для более полного использования низкотемпературного тепла барды целесообразно в сушилке создавать вакуум. Для повышения экологической безопасности процесса сушки горячий пар после сушилки направляют в конденсатор, где он охлаждается и образуется конденсат (чистая вода) с температурой 40 °С, используемый для нужд основного производства.
Авторами были проведены исследования по осаждению взвешенных мелкодисперсных частиц жидкой фазы барды. В барде после гравитационного отстаивания в течение двух часов выпадал осадок (зерно, используемое для замачивания), объем которого составлял примерно 30 %. После этого отбирали непрозрачную жидкую фазу и помещали в центрифугу, где ее обрабатывали в течение 10 мин с числом оборотов 1000 об/мин, при этом требуемая прозрачность не была достигнута. При последовательном (через 5 мин) увеличении времени обработки до 30 мин и числа оборотов до 3000 об/мин результат получили тот же -прозрачность ниже нормативной.
Для ОАО Корпорация «Камос» (производство этилового спирта - 396 тыс. дал/год, расход зерна -11484 т/год) нами была проведена оценка экономической эффективности (в ценах 2007 г. [5]), результаты которой представлены в табл. 2 по трём вариантам:
1. Праестол + известковое молоко;
2. КФ-91 + известковое молоко;
3. КФ-91 + шлам карбида кальция.
Затраты на электроэнергию даны без учета использования вторичного тепла барды.
Проведение экономического сравнения вариантов позволило установить, что при использовании первого состава большая часть затрат расходуется на покупку реагентов - 26,050 млн руб. (71,7 %), и суммарные эксплуатационные затраты составят 36,350 млн руб. Экономические показатели при втором и третьем вариантах одинаковы.
Таблица 2
Сводные эксплуатационные расходы при обработке барды разными составами, % и руб./год
Вид затрат Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
% руб./год % руб./год % руб./год
1. Химические реагенты 71,7 26 052 907,2 0,5 51 940,3 0,3 25 714,9
2. Электроэнергия 16,0 5 805 368,1 56,0 5 805 368,1 56,0 5 805 368,1
3. Заработная плата рабочих 5,0 1 821 600,0 9,5 1 821 600,0 9,0 1 821 600,0
4. Начисления на зарплату 3,8 1 370 656,0 13,2 1 370 656,0 13,2 1 370 656,0
5. Амортизация 3,6 1 319 267,0 12,8 1 319 297,0 12,8 1 319 297,0
6. Цеховые расходы 2,4 880 545,6 8,5 880 545,0 8,5 880 545,0
Таким образом, на основании проведенных расчетов можно сделать вывод, что при использовании в качестве химического реагента флокулянта - «Прае-стол» затраты на его использование превышают все остальные примерно в 3,5 раза. Следовательно, применение такого дорогостоящего препарата на начальной стадии развития новой технологии по полной утилизации послеспиртовой барды является нецелесообразным. В качестве замены необходимо использовать отечественные флокулянты, такие как КФ-91 (поли-1,2-диметил-5-винилпиридиний метилсульфат), который со шламом карбида кальция позволит уменьшить затраты на реагенты и получить приемлемую цену за утилизацию 1 м3 барды.
Следует заметить, что при замене известкового молока на шлам карбида кальция с экономической точки зрения различие не существенное, так как себестоимость утилизации барды изменяется незначительно с 180,4 до 180,0 руб./м3. Но экологический эффект весьма заметен, так как при этом утилизируем шлам, являющийся также отходом производства ацетилена, тем самым минимизируем его влияние на окружающую среду.
Сравнивая выручку от продажи, при рыночной цене 3000 руб. за тонну сухого продукта (барды), видим, что по третьему варианту прибыль наибольшая (16777,590 тыс. руб.)
Оптимальным по эколого-экономическим критериям является третий вариант.
Поступила в редакцию
Выводы
1. Реализация технологии полной утилизации по-слеспиртовой барды позволяет решить экологические проблемы, в первую очередь значительно уменьшить сброс барды на объекты окружающей среды.
2. Конкурентное преимущество технологии заключается в сокращении потребления электроэнергии для сушки кека до влажности 10 %, за счет использования тепла горячей барды. Важно отметить, что из барды получаем ценную питательную добавку в пищевой рацион животных, востребованную на рынке кормов по цене 3000 руб. за тонну.
Литература
1. Журавлев А. В., Агафонов Г. В., Баранов А. Ю. Инновационная ресурсосберегающая технология переработки послеспиртовой зерновой барды // Вестн. ВГТА. 2008. № 1.
2. Журба О.С., Шереверов В.Д., Ненайденко Г.Н., Баусов А.М., Сибирякова Т.В. Послеспиртовая барда в качестве органического удобрения // Ликеро-водочное производство и виноделие. 2008. № 7.
3. Патент России №2312520 2007.12.20 А23L1/0524
4. Заявка России №2005102371 2006.07.10 СШ3/10
5. Прейскурант № 05-01. Оптовые цены на химическую продукцию общепромышленного назначения. М., 2007.
29 июля 2011 г.
Грибут Елизавета Александровна - аспирантка, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). E-mail: elisaveta.gribut@yandex.ru
Суржко Олег Арсеньевич - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8863)52-55-66. E-mail: SurgkoOA@npi-tu.ru
Gribut Elizaveta Alexandrovna - post-graduate student, department «Engineering ecology and environment protection», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). E-mail: elisaveta.gribut@yandex.ru
Surgko Oleg Arsenevich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Engineering ecology and environment protection», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8863)52-55-66. E-mail: SurgkoOA@npi-tu.ru_
