31 августа 2012

Энергетические возможности сточных вод

Рост населения определяет неминуемое возникновение напряжения в вопросах, связанных с  такими жизненно важными ресурсами, как вода и энергия.

Только в США, бизнес и города производят 136 миллионов литров сточных вод каждый день.

Потребность в воде делает очистку сточных вод и их повторное использование особо важными вопросами. На очистку вод тратится большое количество энергии. Однако вместо этого, можно рассматривать сами сточные воды как энергетический ресурс.

У компаний, занимающихся очисткой сточных вод, есть возможность развиваться дальше в утилизации промышленных сточных вод. Они могли бы производить электричество и связанные с этим продукты с добавленной стоимостью прямо из органического вещества стоков. Однако, перед тем как эти организации станут оценивать сточные воды как потенциальный ресурс топлива, им следует учитывать 6 следующих пунктов:

1. От двух до трех процентов потребности электроэнергии США приходятся на аэрацию на очистных сооружениях.

Американская промышленность должна очищать индустриальные сточные воды, чтобы соблюдать требования законодательства и безопасности. Это влечет за собой расходы на очистку и на электричество, достигающие сотни тысяч долларов в год, в зависимости от метода. Предприятия должны удалить из стоков загрязняющие вещества, для чего им приходится платить за фильтрацию, аэробное и анаэробное разложения, хлорирование, необходимые для очистки сточных вод. Наиболее распространенный подход в США – это аэробное разложение, при котором используется кислород для удаления органического вещества из стоков с высокими показателями БПК.

Все эти процессы требуют потребления электрической энергии, но стоки сами по себе содержат энергию. Компании могли бы использовать биологическую инженерию, чтобы «подключиться» к этому источнику.

2. «Менее энергоемкие» способы очистки недостаточны.

Компании-операторы рассматривали процессы, подобные анаэробному разложению, как возможно лучшую альтернативу для очистки твердых и высококонцентрированных жидких стоков, поступающих из муниципальных и индустриальных источников. Анаэробное разложение энергетически менее затратно, чем аэрация, и в его процессе образуется биогаз, который может сжигаться для получения энергии. Однако эти биогазы часто оказываются низкокачественными (55-75% фракции горючего газа) и  требуют промывки или других дорогостоящих процессов обработки, перед тем как могут быть использованы для производства энергии.

Также, система анаэробного разложения  уступает по уровню очистки по БПК. Операторы столкнулись с проблемой большого времени гидравлического задержания и необходимостью энергоемкой аэробной доочистки для удаления остатков органики.  Все это требует больших усилий от оператора, который должен постоянно наблюдать и контролировать параметры  реактора, включая температуру, уровень БПК и pH.

3. Биоэлектрохимическая система (БЭС) может производить энергию и другие продукты с дополнительной стоимостью из сточных вод.

Эти системы используют электрически активные микроорганизмы (exo-electrogens) генерируя электричество прямо от их контакта с электродами. Традиционные топливные элементы (батареи) или электрохимические системы используют химические катализаторы, которые окисляют топливо (водород) на анодах и восстанавливают кислород на катодах.

Цепь между анодом и катодом получает электрическую энергию, образующуюся в этом процессе. БЭС работают подобно топливной батарее, но имеют регенерирующиеся катализаторы в виде живых микроорганизмов. Эти микробы могут окислять и восстанавливать определенный диапазон органических веществ, включая сточные воды.  С БЭС, операторы очистных сооружений могут производить электричество, метан, водород и сопутствующие продуты из сточных вод, одновременно компенсируя расходы на очистку. В то же время, они также поддерживают альтернативный источник энергии, так как электрогенерирующие бактерии могут осуществлять дыхание через прямой контакт с электродами. Это может быть использовано, чтобы снабжать энергией насосы и подогревать воду, приводя к более быстрой окупаемости, чем очистка с помощью анаэробного разложения.

4. Существуют требования рынка, сдерживающего промышленность от релизации преимуществ технологии БЭС.

Первая проблема связана с производством. Электроды и другие компоненты могут быть дорогими, так что производителям БЭС необходимо развивать решения с низкой стоимостью.

Вторая проблема связана с необходимостью масштабирования. Компания Академия увеличила БЭС до размера более одного кубического метра, и некоторые развивающиеся компании пошли даже далее этого. Однако будущие демонстрации должны будут показать возможность масштабировать эти системы до промышленного уровня. С этой точки зрения, самым большим вопросом станет их введение в эксплуатацию.  Если промышленные и муниципальные потребители примут БЭС от маленького до среднего размера, то  инжиниринговые компании и более крупные организации последуют за ними.

5. Водоканалы, агрокомплексы, компании по производству продуктов питания и напитков, и другие должны следить за развитием БЭС.

Комбинация технологий  анаэробной очистки и БЭС может быть существенной для городов и корпораций. Эти организации нашли энергетически эффективную очистку лучше обычной, но очистка, производящая энергию, станет для них еще большим призом.

6. Когда сточные воды станут энергетическим ресурсом, вопросы воды и энергии разделятся.

Ядерное и горючее топливо требуют значительного количества воды, забирающейся из рек и озер, которая также необходима в продуктовых и сельскохозяйственных интересах. В свою очередь, существующие методы очистки сточных вод требуют значительных энергетических затрат. Реализация биоэлектрохимической системы позволит организовать очистку сточных вод на энергетическом самообеспечении, и, тем самым, позволит промышленным и муниципальным операторам очистных сооружений разорвать взаимосвязь между потребностью в водных и энергетических ресурсах и сохранить их для будущего.

Таким образом, перед компаниями-операторами очистных сооружений открываются большие возможности извлечения дополнительной выгоды из очистки сточных вод, как в экономическом плане, так и с точки зрения устойчивости решений.

Ссылка на источник: http://www.environmentalleader.com/2012/07/25/a-wastewater-opportunity-tech-advances-lead-to-energy-rewards/

 

 



Календарь

пн вт ср чт пт сб вс
      
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
     

Новости

21 сентября 2017 Исследователи Массачусетского технологического института разрабатывают новый способ очистки загрязняющих веществ из воды

Исследователи Массачусетского технологического института разрабатывают новый способ очистки загрязняющих веществ из воды

08 июня 2017 Пляжные буйки способны обнаружить загрязнение воды

В настоящее время единственным способом достоверно выяснить качество воды является взятие проб и отправка их в лабораторию, где вам сообщат результаты анализа через 24 – 48 часов. Но, в скором времени, отдыхающие смогут заранее узнать достаточно ли чистая вода для купания благодаря новой технологии, разработанной исследователями из Мичиганского университета и Геологической службы США.


_VPR_Moscow