CC BY
48
организмы развиваются только в среде, содержащей большое количество органических веществ, для других требуется меньшее их количество, но более высокое содержание растворенного кислорода. Одни могут приспосабливаться к изменяющимся условиям среды, другие не выносят резких их колебаний и погибают [1]. Таким образом, меняя те или иные факторы окружающей среды (температура, pH, освещенность, концентрация 02), возможно регулировать численность и активность различных видов микроорганизмов, необходимых для окисления определенных типов загрязнителей.
Список использованной литературы
1. Роговская Ц.И. Биохимический метод очистки производственных сточных вод. М., 1967.
2. Куликов Н.И., Найманов Л.Я., Омельченко Н.П., Чернышев В.Н. Теоретические основы очистки воды. Макеевка: Изд-во «НОУЛИДЖ», Донецкое отделение, 2009.
3. Александрова Л.П., Жданова Н.Я., Коллерова Е.В. Выяснение токсического действия некоторых органических соединении (аминов, хлорзамещенных и др.) на микроорганизмы, ведущие биохимическую очистку сточных вод. Сб. ВНИИ ВодГео «Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности». М.: Госстройиздат, 1962.
4. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: Изд-во «АКВАРОС», 2003.
ПОЛУЧЕНИЕ ТОПЛИВА ИЗ ОТХОДОВ ПРЕДПРИЯТИЙ РАСТЕНИЕВОДСТВА ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
В РЕГИОНЕ
Ю.Н. Шалимов, профессор, д.т.н., Л.С. Юрьев, к.ф.-м.н., А.В. Руссу, аспирант, Н.С. Кравцов,
Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж
М. Лутовац, академик, профессор, д-р, Университет «Унион Никола Тесла» г. Белград, Сербия,
В.Ф. Бабкин, профессор, д.т.н.,
П.Д. Захаров,
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, г. Воронеж,
Последнее десятилетие отмечено резким увеличением площади территорий, используемых в качестве полигона для захоронения различных отходов. Такая тенденция представляет опасность для людей и окружающей среды. В долгосрочной перспективе это приведет к резкому ухудшению экологии,
374
поскольку природная система не будет способна естественным образом восстановить экологический баланс.
Другой не менее важной проблемой является явная недооценка энергетических запасов, хранящихся в этих отходов. Переработка 1 кг биомассы в системе газогенерации дает возможность получить 1 кВт*ч электрической энергии и около 2,5 Мкал - тепловой. Таким образом, отходы являются полезным и ценным ресурсом.
Использование альтернативного биотоплива из отходов растительного производства сельского хозяйства позволит создать экологически безопасное, малоотходное производство, снизить себестоимость основной продукции, экономически эффективно использовать растительные отходы, экономно расходовать бюджетные средства, выделяемые на закупку топлива, а также развивать малый бизнес и создать постоянные рабочие места.
Побуждаемые желанием привлечь интерес различных хозяйствующих субъектов и просто предпринимателей к использованию значительного ресурса отходов производства, мы решили опубликовать некоторые результаты исследований. Данная тематика, входящая является одним из ключевых направлений работы лаборатории инновационного проектирования и наукоемких технологий опорного технического университета г. Воронежа по направлению альтернативной энергетики.
Сельхоз предприятие ОАО ЦЧ АПК филиал с. Криничное является типичным примером многих сельхоз производств России, которые испытывают затруднения с утилизацией отходов производства. Это предприятие не использует ценный энергетический ресурс отходов производства. Площадь пашни в хозяйстве 4777 га. Отходы производства с посевных площадей составляют приблизительно 6 000 тонн в год.
К отходам растениеводства относятся растительные компоненты сельскохозяйственных культур: стебли зерновых и технических культур, корзинки и стебли подсолнечника, льняная костра, стержни кукурузных початков, ботва картофеля и бобовых культур, отходы сенажа и силоса, солома, пожнивные остатки и прочее.
В основе метода переработки растительных отходов для получения топлива лежит принцип получения деструктированных компонентов методом прессования в комбинации с продуктами очистки стоков предприятий по переработке мяса. Схема приведена на рисунке 1. (поз. 1)
Полученные брикеты представляют собой образцы цилиндрической формы диаметром 60 мм, длиной 60 мм. Такая форма топлива позволяет более эффективно использовать процесс твердофазной газификации с меньшими потерями на зольность.
В процессе газификации смесь образующихся газов из моноокисей углерода, метана и водорода должна быть очищена от компонентов, оказывающих вредное влияние на конструкцию газотурбинной или газопоршневой установки. Поэтому предусмотрена предварительная механическая очистка от твердофазных частиц в механическом циклоне. В теплообменнике от смеси газов происходит
отбор тепла до значения рабочих температур газопоршневой машины ~ 60-80 0С. При работе газогенератора на газовую турбину степень охлаждения может быть повышена до 600-700 0С. Поскольку состав генерируемых газов отличается от природного (метан), то в нашем случае предусмотрена возможность увеличения теплотворной способности газа как за счет компонентов очистки стоков мясокомбинатов, так и за счет увеличения в составе генерируемого газа водородной составляющей от системы электрохимического преобразователя (свободный водород, выделяющийся на катоде). Внешняя рубашка газогенератора охлаждается проточной водой, которая после прохождения через контур охлаждения газогенератора может быть использована в системе отопления или потребления горячей воды.
!-* И ¡¡¿Ли
Рис. 1. Функциональная схема производства брикетированного топлива и получения из него тепловой и электрической энергии. 1 - смеситель брикетировщик, 2 - погрузчик сырья в газогенератор, 3 - газогенератор, 4 - теплообменник охладитель газа, фильтр грубой очистки, 5 - подвод холодной воды, 6 - выход горячей воды, 7 - фильтр тонкой
очистки, 8 - газопоршневая электростанция
В качестве механического преобразователя нами выбрана турбина общей теплопотребляемой мощностью 375 кВт и генерируемой электрической мощностью 250 кВт. Для ее питания в варианте две рабочие машины (основная и дублирующая) потребуется спроектировать пять модулей газогенерации по 150 кВт каждый.
Для аккумулирования избытка электрической энергии предлагаем использовать аккумуляторы водорода на основе соединений гидридного типа. Данный вид накопителей на основе гидрида алюминия может быть использован во всех сферах народного хозяйства. В предлагаемом нами техническом решении водород, как основной компонент накопителя энергоресурса, полностью безопасен и самопроизвольно не воспламеняется, поскольку находится в структуре металла без давления.
Теоретические расчеты накопителей на основе гидридов алюминия показали, что их эффективность, выраженная в удельной аккумулируемой мощности на единицу объема, может быть значительно выше - 10-15 раз, чем у существующих аналогов. При этом используются только доступные отечественные материалы, например алюминий и его сплавы, а не дефицитные редкоземельные металлы или драгоценные металлы.
Количество циклов перезарядки может быть увеличено в несколько раз в сравнении с аналогами. Технология производства позволяет универсальным способом на одном предприятии организовать выпуск всей продуктовой линейки аккумуляторов от элементов часов до узлов силовых агрегатов. При этом себестоимость производства на 40-50 % ниже, чем у существующих аналогов. Утилизация данного вида аккумуляторов сводится к получению лома металла, с последующей переплавкой и не оказывает вредного влияния на экологическую обстановку.
Предварительные расчеты показали, что габаритные размеры аккумулятора на основе гидрида алюминия меньше более чем на порядок в сравнении с существующими аналогами. Учитывая наличие в конструкции твердоэлектролитного топливного элемента совмещенного с аккумулятором, можно считать, что габариты совмещенной системы, включающей в себя аккумулятор топлива и электрохимический преобразователь, будут соизмеримы с существующими аналогами, а перспективе и значительно меньше их.
Себестоимость изготовления такого предлагаемого аккумулятора примерно в 3-3,5 раза ниже существующих аналогов. Вес изделий не превышает значений соответствующих аналогов.
Особенность технологии изготовления аккумуляторов такого типа состоит в том, что предприятия их выпускающее может освоить всю номенклатуру аккумуляторов от малой емкости до сверхбольшой без затрат на основное технологическое оборудование. Модельный ряд может быть представлен как питающими элементами часов и телефонов, так и аккумуляторными батареями водородных двигателей транспортных средств.
Нами разработан и предложен метод для практического использования 3Э нано-технологии накопления водорода в металле по дефектам его структуры («ловушки» водорода). Для изучения степени дефектности (определения числа дефектов в единице объема) нами используется метод внутреннего трения, позволяющий оценить энергию связи металл-водород в гидриде и количество дефектов структуры.
Атом алюминия Атом бора Атом водорода
Рис. 2. Механизм образования сплавов с ограниченно растворимыми компонентами: а) из раздельных компонентов; б) из частиц сплава
Для эффективного накопления водорода в объеме по дефектам структуры наиболее оптимальным является применение фольги из сплава А1В (алюминий-бор, содержание бора в сплаве не более 3 %) с рабочей толщиной от 0,05 до
377
0,1 мм. Присутствие бора в качестве лиганда обеспечивает повышенную прочность фольги и увеличивает его электропроводность. Кроме того уменьшается потенциал барьерного слоя на границе раздела металл-электролит при зарядке аккумулятора. Бор в соединении с другими веществами не дает токсичных компонентов. Он увеличивает число дефектов, которые являются «ловушками» для водорода.
Число «ловушек» находится в прямой зависимости от величины плотности тока. Плотность тока определяет число центров кристаллизации. Границы между зернами структуры металла служат оперативной зоной протекания процесса образования гидрида. Данный процесс распространяется не только по поверхности электрода, но, что самое важное в его объемной структуре. Это значительно увеличивает энергетическую емкость аккумулятора. Уже достигнут уровень увеличения на несколько порядков.
Для оценки тока распределения нами был сконструирован мозаичный электрод, позволяющий получить распределение тока в автоматическом режиме. Такое распределение позволяет произвести количественную оценку вероятности образования гидридов. Эта вероятность прямо пропорциональна числу водородных связей в металлгидриде.
На рисунке 3 представлено распределение тока по участкам мозаичного электрода, которое характеризует степень неравномерности образования гидридов в условиях питания электролитической ячейки постоянным током.
Рис. 3. Распределение тока по участкам мозаичного электрода (площадь каждого фрагмента 1 см )
Для развития поверхности электрода, то есть увеличения числа «ловушек» и для устранения нежелательного эффекта неравномерного распределения тока по электроду нами разработана технология импульсного электрохимического формирования пор в структуре металла. Было предложено использовать импульсные режимы питания электрода: наложение прямоугольных импульсов тока на постоянным ток. Такой способ позволяет исключить процессы перезарядки емкости двойного электрического слоя и тем самым повысить эффективность использования импульсных режимом электролиза. В зависимости
от скважности импульсного тока число «ловушек» возрастает прямо пропорционально скважности, что приводи к увеличению емкости накопителя по водороду (рис. 4).
Рис. 4. Формирование числа центров с использованием импульсного тока (О - скважность импульсного тока)
Поскольку источники питания могу использоваться в режимах больших токов и малых временных периодов (стартер) или наоборот длительное использование при небольшом потреблении тока, то формирование типа морфологической структуры для накопления водорода будет определяться технологическими параметрами режимов анодной обработки фольги. Морфология формирования пор на фольге из сплава А1В для различных типов аккумуляторов может быть представлена разными видами:
а) режим больших токов и короткого времени б) режим малых токов и большего времени использования использования
Рис. 5. Морфология структуры электрода водородного аккумулятора для разных режимов
работы
Морфология внутренней структуры пористой системы имеет древовидную форму. То есть каналы внутри электрода отличаются по сечению и протяженности. При этом сам водород образует молекулы и ассоциации из этих молекул. Это приводит к возникновению температурного градиента. В конечно
итоге происходит распределение диффузии водорода в электроде по скоростям. Возникает так называемый редукционный эффект, который полностью исключает взрывной характер экстракции и позволяет эффективно регулировать подачу энергии.
Таким образом, все отходы растениеводства и очистных сооружений мясокомбинатов могут быть переработаны в топливо. В зольном остатке не содержатся компоненты с примесью вредных веществ. Следовательно, мы получаем завершенный цикл переработки отходов сельскохозяйственного производства. А сформировав из зольного остатка брикеты с компонентами микросоединений необходимых для восстановления плодородия почв (Са2+, М^ ,) и их раскисления, дополнительно получаем ценный продукт - минерально-органические удобрения.
Список использованной литературы
1. Шалимов Ю.Н., Мандрыкина И.М., Литвинов Ю.В. Оптимизация электрохимического процесса обработки алюминиевой фольги в производстве конденсаторов. - Воронеж: ВГТУ, 2000. - 343 с.
ПИЛОТНЫЙ ПРОЕКТ РЕКОНСТРУКЦИИ ВОДООЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ РИСКОВ
В РЕГИОНЕ
А.М. Гаврилов, начальник института, Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж С.А. Колодяжный, и.о. ректора, к.т.н., доцент, Ю.Н. Шалимов, профессор, д.т.н.,
Н.С. Кравцов, А.В. Руссу,
Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж
М. Лутовац, академик, профессор, д-р, Университет «Унион Никола Тесла» г. Белград, Сербия,
Е.П. Евсеев, доцент, к.ф.-м.н., Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, г. Воронеж В.И. Кудряш, доцент, к.ф.-м.н., Воронежский институт МВД России, г. Воронеж
А.В. Епифанов, АО «НКТБ «Феррит» г. Воронеж
Известный способ очистки воды с помощью биологических систем (илов) был предложен вначале XX века и вполне оправдал себя как в нашей стране, так и за рубежом. Однако все возрастающее ухудшение экологической обстановки заставляет предпринять службы ЖКХ более действенные меры по сохранению и
380
