IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

 Работа затрагивает вопросы охраны окружающей среды, рационального природопользования, а также ресурсосбережения в промышленной области.

Цель работы - уменьшение нагрузки на окружающую среду, благодаря применению комплексного метода, позволяющего одновременно снизить выбросы парниковых газов и получить биотопливо.

В настоящий момент крайне актуальны вопросы уменьшения нагрузки на компоненты окружающей среды, очистки и экономии водных пресных ресурсов, а так же развитие альтернативных источников энергии. Использование предлагаемой технологии на основе жизнедеятельности хлореллы позволяет решить поставленные задачи.

Современные реалии таковы, что человечеству необходимо снизить и/или совершенно прекратить дополнительное поступление промышленных газов с высоким содержанием оксидов азота, углерода и серы в атмосферный воздух, где их повышенная концентрация приводит к парниковому эффекту, и удаление которых является энерго- и трудоемким, высокозатратным мероприятием.

Кроме того, постоянное загрязнение атмосферного воздуха, с точки зрения предприятий, является экономически невыгодным, особенно в свете нынешнего и ожидаемого повышения тарифов за загрязнение окружающей среды и ожидаемого перехода на нормирование по наилучшей из доступных технологий.

Вопрос очистки и экономии водных пресных ресурсов также актуален и требует скорейшей разработки и повсеместного внедрения технологий, отвечающих этим задачам, иной же исход грозит мировым «водным» кризисом, что видно по всеобщей переориентации на решение экологических проблем в последнее время. В нашем государстве эти вопросы, в частности, отражены в Энергетической и Водной стратегиях России.

Развитие альтернативных источников энергии - третья глобальная проблема, решение которой не может быть единым и однозначным. Ряд таких решений должны учитывать особенности региона и отрасли применения. Актуальность и перспективность данной научной области подтверждается программой Правительства Российской Федерации по развитию альтернативной энергетики страны.

Наиболее приоритетными являются задачи уменьшения потребления ископаемого топлива и параллельного снижения количества выбросов в атмосферу, что должно привести к снижению общей концентрации СО₂ в биосфере. Однако, на мой взгляд, уменьшение потребления ископаемого топлива послужит снижению объемов производства, что неизбежно приведет к глобальному продовольственному и производственному кризису, что, естественно, может привести к социальным конфликтам как внутри каждой страны, так и между государствами. Опираясь на опыт истории, становится совершенно ясно, что этого допускать нельзя ни при каких условиях, так как это, скорее всего, вызовет тотальное истребление человечества, а возможно, и уничтожение планеты.

Необходимо найти новое топливо и остановить выбросы в атмосферу. В качестве одного из решений я предлагаю технологию по связыванию аьмосферных загрязнителей, действие которой основано на параметрах жизнедеятельности хлореллы, в результате чего можно получить биотопливо.

В работе приведена принципиальная схема и описан принцип действия установки, реализующей предложенную технологию, использование предлагаемого метода позволяет решить поставленные задачи. Целесообразность применения хлореллы выявили уже такие отрасли как сельское хозяйство (использование суспензии хлореллы в качестве корма для скота) и фармакология (создание лекарств и биологически активных добавок на основе хлореллы), однако в качестве сорбента для очистки газов и вод это растение до сих пор практически не рассматривается.

Хлорелла - одноклеточная зеленая водоросль, широко распространенная в природе в пресной и соленой воде, а так же в почве. Эти водоросли имеют большую способность к выживанию и размножению в различных, даже самых необычных (таких, как сточные воды) условиях обитания. Единственный способ размножения хлореллы является деление клетки. Скорость размножения ее велика: за сутки зеленая масса этих водорослей увеличивается в 5-10 раз. Ее отличает сравнительная легкость культивирования, что делает ее хорошим экспериментальным материалом.

Предлагаю применять хлореллу в установке, в которой для подкормки растения используются отходящие газы производственного процесса. В процессе промывки часть газов растворится, передавая свою температуру раствору, необходимую для поддержания жизнедеятельности хлореллы. В течение цикла роста биомассы дополнительное питание не требуется, так как все необходимые элементы содержатся в полученном растворе, при этом водоросль, как любое растение, нуждается в свете.

По окончанию процесса очистки конденсата на выходе из установки оказывается суспензия, содержащая значительную массу хлореллы и очищенную воду. Их требуется тщательно разделить после контейнера, чтобы водоросль не имела возможности попасть в открытый водоем. Затем воду можно вернуть в производственный цикл предприятия. Хлорелла так же может быть использована. Приоритетным способом применения является сбраживание и получение метана для получения энергоресурса.

Установка имеет ряд достоинств:

• 1. Экологичность: очистка отходящих газов и сточных вод.
• 2. Прибыльность: значительно снижение расходов на оплату размещения отходов производства в окружающей среде; снижение затрат за счет использования биомассы в качестве топлива и вырабатываемого электричества для внутреннего потребления; снижение расходов на контроль, задерживание и утилизацию выбросов отходов предприятия; возможность получения прибыли от продажи биомассы сельскохозяйственным предприятиям и производствам иных отраслей.
• 3. Компактность установки.
• 4. Земелесбережение: поскольку хлорелла нуждается только в воде, свете и наличии СО₂, она, в отличие от других технических культур, не истощает землю, не повышая тем самым стоимости земли и сопутствующих товаров.
• 5. Получение результата в короткий срок. Один цикл займет около 2 недель.
• 6. Безотходность.
• 7. Сравнительная дешевизна.

- Для работы установки требуется необработанная вода (отсутствие затрат на ее предварительную очистку).

- Использованные материалы для изготовления установки и турбины - современные (прочные, легкие) дешевле многих конструкционных материалов (металлы, строительные материалы).

- Отсутствуют затраты на специальную подготовку (приобретение, доставку, хранение) СО₂.

Эколого-экономическая эффективность установки определяется высокой способностью хлореллы к поглощению оксидов углерода, азота и серы. Проведенные расчеты на примере котельной, потребляющей 7,4 млн. м³ природного газа в год, показывают, что ориентировочно можно сэкономить порядка 137 тыс. руб. в год за счет снижения платы за загрязнение окружающей среды в результате очистки отходящих газов, а так же вернуть в цикл до 1,3 млн. л в год технической воды. Учитывая, что в результате работы установки ожидается получение биотоплива, то дополнительную прибыль можно получить за счет его продажи или использования в техническом процессе.

Разработка идеи ведется с 2008 г. Эксперименты, проведенные с целью обоснования целесообразности реализации проекта, дали следующие результаты:

• 1) основными влияющими факторами на параметры жизнедеятельности водоросли являются температура окружающей среды и свет;
• 2) водоросль чутко реагирует на повышение количества растворенных загрязнителей в среде, возрастает ее активность и скорость увеличения массы;
• 3) неоднократно визуально зафиксированы факты очистки конденсата котельной до прозрачного и бесцветного состояния жидкости;
• 4) оценены зависимости активности жизнедеятельности растения от толщины слоя жидкости, от материала и радиуса кривизны тары и других.

Полученные данные позволяют сейчас осуществить моделирование установки в области очистки промышленных газов. Однако, технология получения биогаза из выращенной массы хлореллы на данном этапе не сформирована. Кроме того, продолжаются работы по изучению количественного и качественного состава конденсата котельной до и после проведенной очистки. Эти данные позволят уточнить ожидаемую эффективность предложенной технологии.

Разработка проста и экономична, поэтому имеет высокий потенциал внедрения на предприятиях как средних, так и крупных, осуществляющих выбросы продуктов сгорания топлива и отводящие тепло промышленных установок в атмосферный воздух, например, котельные. Ожидается высокий эколого-экономический эффект.

Опыт мирового сообщества показал, что невозможно определить и ввести повсеместно один тип сберегающих и экологозащитных  устройств. Гораздо эффективнее, с точки зрения как затрат времени, так и денежных вложений, разработка и внедрение программ по повышению полезного использования ресурсов и природоохранных мероприятий практически для каждого предприятия в отдельности. Проект отвечает таким потребностям.

В заключение хотелось бы отметить, что основная идея проекта состоит в использовании природных физико-биологических свойств водоросли хлорелла, которые можно применить для удаления загрязнителей отходящих газов и получения биотоплива.

Это является экономически выгодным, так как при малых капитальных вложениях снижается плата за загрязнение окружающей среды, появляется возможность вторичного использования технической воды, а также использования отходов для получения дешевого топлива, что было теоретически рассчитано в представленном проекте. Согласно проведенным опытам технология является действенной, ее применение целесообразно.

Список литературы.

• 1. Парниковый эффект, изменение климата и экосистемы. / Под редакцией Б. Болина, Б. Р. Десса, Дж. Ягера, Р. Уоррика. / Ленинград, Гидрометеоиздат - 1989.
• 2. Асалханов К.В. Опыт выращивания и применения хлореллы в качестве подкормки для КРС. Улан-Удэ, 1980 г.
• 3. Муззафаров А. М., Таубаев Т. Т. Хлорелла ( методы массового культивирования и применения). Ташкент: Фан, 1974. 11с. Муззафаров А. М., Таубаев Т. Т. Культивирование и применение микроводорослей. Ташкент: Фан, 1984.
• 4. ПостановлениеправительстваРФN344от12.06.2003 "О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления", М., 2003г.
• 5. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 гкал в час, М.,1999г.

Код для цитирования: Скопировать