О ВОПРОСАХ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ ЛИТОСФЕРЫ ОТ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В статье представлен обобщающий обзор третьего тома учебника д-ра техн. наук, проф. Луканина А.В. «Процессы и аппараты защиты литосферы от твердых промышленных и бытовых отходов». Три тома в совокупности, посвященные различным аспектам защиты окружающей среды (процессам и аппаратам очистки газовоздушных выбросов, очистки сточных вод и процессам и аппаратам защиты литосферы), позволяют представить такой серьезный учебный материал, который охватывает практически все области процессов и аппаратов защиты окружающей среды (ПАЗОС).

Ключевые слова:
твердые отходы, биотехнология, микробиология, выщелачивание, осадки сточных вод, компостирование, биогаз, кормовой белок, анаэробное сбраживание, метантенк.
Текст

Для большинства основных видов крупно­тоннажных твердых отходов описаны экономически целесооб­разные технологии их утилизации на основе традиционных приемов процессов и аппаратов химической технологии.

В учебном пособии изложены  различные методы переработки твердых отходов, позволяющие узнать и овладеть этими методами. Механические способы подготовки включают измельчение, классификацию, дозирование, перемещение, смешение  и укрупнение. Освещены вопросы обогащения твердых отходов при помощи гравитации и флотации. Рассмотрены физико-химические методы выделения веществ при участии жидкой фазы – выщелачивание (экстрагирование), включая биосорбцию, кристаллизация. Описаны методы термической переработки промышленных и бытовых отходов – газификация, пиролиз, огневые методы. Подробно изложены вопросы биотехнологической переработки органических отходов, рассмотрены источники образования этих отходов [6, 8, 9]. Освещены вопросы получения белково-витаминных добавок [8, 9], компостирования [18], анаэробного сбраживания и метаногенерации [10], силосования при утилизации органических отходов. Приведены примеры переработки хлорорганических отходов, кислых гудронов, металлсодержащих шламов, отходов газификации топлив, резинотехнических изделий, пластмасс, отходов горнодобывающей промышленности.

В работе представлен обширный материал по утилизации твердых отходов биотехнологическими приемами.

Рассмотрены отходы, пригодные к биологической переработке [3, 6].

Древесина и ее компоненты: целлюлоза и гемицеллюлоза, лигнин, кора. Из 200 млрд т (по сухому веществу) годового прироста биомассы на земном шаре около 120 млрд т приходится на древесину. Ежегодно в мире заготавливается около 2 млрд т древесины, из которых 45% расходуется на топливо, 40% – на производство пиломатериалов, 15% – перера­батывается в химической и биотехнологической промышленности (в основном в виде отходов деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности) [3, 6].

Отходы целлюлозно-бумажной промышленности (предгидролизаты, сульфитный щелок, технический лигнин) и сельского хозяйства (солома, кукурузная кочерыжка, рисовая шелу­ха, подсолнечная лузга и др.) [3, 4, 6].

Отходы перерабатывающей промышленности: сахарной, крупяного производства, крахмало-паточной, спиртового, винодельческого и пивоваренного производств, плодоовощного производства, мясной, птицеперерабатывающей, рыбной, кожевенной и меховой, масложировой, табачной, эфиро-масличного производства, производства пищевых кислот, молочной [2, 3, 6].

Твердые бытовые отходы (ТБО), отходы животноводства, отходы от очистных сооружений, донные ил и осадки.

Из различных биологических методов переработки отходов наиболее широко используются микробиологические. Способность микроорганизмов и их фер­ментов потреблять органические вещества различного строения, разлагать или трансформировать природные биополимеры лежит в основе получения многих полезных продуктов микробиологического синтеза и переработки отходов.

Микроорганизмы обладают высокой скоростью накопления биомассы, которая в 500 – 5000 раз выше, чем у растений или животных. Микробные клетки способны накапливать очень большое количество белка (дрожжи – до 60%, бактерии – до 75% по массе). Белок биомассы дрожжей и бактерий полноценен по аминокислотному составу, содержит целый ряд биологически активных веществ (витаминов, кофакторов и т.п.), что определяет его высокую кормовую ценность. При исследовании микробной биомассы была выявлена ее чрезвычайно высокая  эффективность для мясного и молочного животноводства и птицеводства. Кормовые дрожжи содержат в 5 раз больше белка, чем ячмень или овес. Кроме того, в дрожжах имеются практически все витамины группы В и целый ряд ростовых веществ. Одна тонна кормовых дрожжей (в сухом виде) обеспечивает экономию до 7 т зерна и дополнительное производство 0,8 т свинины, 5 т мяса птицы или до 15 тыс. штук яиц [1, 3, 7, 19].

Показаны возможные варианты переработки растительного сырья и целлюлозосодержащих отходов (рис. 1).

                                                 

 

                                                                                                                            

Рис. 1. Биоконверсия растительного сырья в полезные продукты

 

К наиболее крупномасштабным промышленным микробиологическим про­цессам переработки органических отходов относятся: получение кормовых продуктов, обогащенных микробным белком, силосование, компостирование, анаэробное сбраживание, биоконверсия в топливо (в этанол, получение биогаза – метаногенерация, прямая конверсия в тепло) [3, 5, 14, 15, 16, 18].

Технология микробиологической конверсии отходов в кормовой белок

Основной стадией промышленного биотехнологического производства являет­ся собственно стадия ферментации [17, 20]. Исходя из принципиального реше­ния этой стадии, а также характера целевого продукта, требований к его чистоте, содержанию примесей, строится и вся технологическая схема производства. Типовая схема, основные стадии и реализующие их технологические процессы представлены на рис. 2.

Рис. 2.

 

Дано описание процесса компостирования, как экзотермического процесса биологического окисления органического вещества, в котором органический субстрат подвергается аэробной биодеградации смешанной популяцией микроорганизмов. Искусственное компостирование, как правило, происходит в аэробных условиях.

В процессе биодеградации под действием естественной микрофлоры – мезофильных и термофильных бактерий – окисляется до 60% органического вещества. Конечный продукт компостирования в виде гумифицированного стабилизированного, обеззаражен­ного сыпучего продукта, пригоден для дальнейшей утилизации. Компостирова­ние механически обезвоженных или подсушенных на иловых пло­щадках осадков получило широкое применение.

Показаны преимущества компостирования с принудительной аэрацией, подробно изложена технология. Описан выход компоста в  процессе компостирования и его состав [3, 6, 11, 14, 18].

 Анаэробное сбраживание и метаногенерация

Описан процесс анаэробного сбраживания  при переработке, обезвреживании и уменьшении объемов биомассы различного происхождения, отходов животноводческих и птицеферм, осадков очистных сооружений, быто­вых отходов, целлюлозо-, белок-, жиросодержащих и других материалов с большим содержанием органических веществ. Органическое вещество минерализует­ся в процессе метаногенерации с образованием биогаза. Образующийся биогаз может быть утилизирован на энергетические и тепловые нужды [10, 11, 12, 13].

 Метаногенерация – сложный, многостадийный процесс, в котором исхо­дные органические вещества последовательно превращаются в более простые с переходом значительной части углерода в метан и углекислый газ и в иловую жидкость. Биохимические и микробиологические особенности анаэробного разложения органических веществ в стоках и отходах изучены достаточно хоро­шо, что позволяет осуществлять эффективные биотехнологические процессы. Описаны стадии метанового разложения гидролиза, кислотную (ацидогенную), ацетогенную и четвер­тую, метаногенную, стадию (стадию газообразования).

Список литературы

1. Луканин А.В. Переработка отходов хлебопроизводства с получением белково - витаминной добавки. Экология и промышленность России, январь, 2013. - С. 11-15.

2. Луканин А.В. Процессы и аппараты биотехнологической очистки сточных вод. Учебное пособие. М.: Университет машиностроения, 2014. - 244 с.

3. Луканин А.В. Инженерная биотехнология: основы технологии микробиологических производств: учебное пособие. М.: ИНФРА-М, 2016. - 304 с.

4. Луканин А.В. Процессы и аппараты биотехнологической очистки сточных вод. Учебное пособие. М.: ИНФРА-М, 2016. - 242 с.

5. Клюшенкова М.И., Луканин А.В. Защита окружающей среды от промышленных газовых выбросов. Учебное пособие. М.: ИНФРА-М, 2016. - 142 с.

6. Луканин А.В. Инженерная биотехнология: процессы и аппараты микробиологических производств: учебное пособие. М.: ИНФРА-М, 2016. - 451 с.

7. Луканин А.В. Экологическое совершенствование крупнотоннажных производств кормового белка. Экологический вестник России, №6, 2016. - с. 46-56.

8. Луканин А.В., Тахтарова Т.В. Способ получения белково-витаминной добавки для сельскохозяйственных животных и птицы. Патент РФ №2592568 от 01.06.2016 г.

9. Луканин А.В., Тахтарова Т.В. Способ получения белково-витаминной добавки для сельскохозяйственных животных и птицы. Патент РФ №2598553 от 01.09 .2016 г.

10. Луканин А.В., Тахтарова Т.В. Способ разделения биогаза. Патент РФ №2600379 от 28.09 .2016 г.

11. Луканин А.В. Инженерная экология: Процессы и аппараты очистки сточных вод и переработки осадков: учебное пособие М.: ИНФРА-М, 2017. - 605 с. + доп. материалы.

12. Луканин А.В. Защита воздушного бассейна при крупнотоннажном производстве кормового белка. Экология и промышленность России, март, 2017 г. - с. 4-11.

13. Луканин А.В. Инженерная экология: процессы и аппараты очистки газовоздушных выбросов: учебное пособие. М.: ИНФРА-М, 2017. - 523 с.

14. Луканин А.В. Компостирование твердых бытовых отходов городского хозяйства. Экология и промышленность России, январь, 2012 г., с. 8-11.

15. Луканин А.В., Соломаха Г.П. Гидродинамика течения и массоперенос в продуваемом закрученном слое жидкости. АН СССР, ж.ТОХТ, том ХХ11, №4, М., 1988. - С. 435-441.

16. Луканин А.В. Модернизация промышленного ферментера АДР-900-76 для производства белковой кормовой добавки из растительного сырья. ж. Биотехнология, №6, 2003 г., с. 84-88.

17. Луканин А.В. Новый высокоэффективный промышленный ферментер большой единичной мощности для производства белковой кормовой добавки ж. Наука и промышленность России, №2-3, (70-71) 2003 г., с. 61-66.

18. Луканин А.В. Получение компостов из коммунальных отходов. Прикладная токсикология. Том III, №2 (8), 2012 г., с. 46-54.

19. Луканин А.В. Кандидатская диссертация. «Разработка массообменных аппаратов для систем производства микроводорослей, их гидравлические и массообменные характеристики» , 1984. 219 с.

20. Луканин А.В. Докторская диссертация. «Экологическое совершенствование крупнотоннажных производств кормового белка», М., 1994. 269 с.

Войти или Создать
* Забыли пароль?