Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

Рис. 1. Вид сверху малого поселения городского типа (оригинальный)

Структуры такого типа поселений характерны для средней полосы России. Широко развитая сеть автомагистралей определяет специфику расположения объектов. Идиллическая картина равновесия в природе давно нарушена весьма агрессивным воздействием человека на сами основы природопользования. Достаточно просто посмотреть на состояние самой большой реки Европы – Волги. А ведь питают ее те малые реки, которые протекают по нашим российским равнинам. И не нужно иметь семи пядей во лбу, чтобы осознать, что чистота великих рек определяется экологическим состоянием притоков. На нашей памяти еще сохранились моменты бережного отношения людей тех поколений к природе. В трудные послевоенные годы проводилась очень большая и кропотливая работа по очистке русла реки Усманка и ее притоков, а также по укреплению их берегов. Теперь же вопреки здравому смыслу производят распашку пойменных земель. И почему-то вопрос о неуклонном росте концентрации минеральных солей в Воронежском водохранилище не находит ответа. Ответ на вопрос лежит на поверхности – надо привести в порядок землепользование. Ведь качество нашей воды зависит от состояния малых рек. Именно по этой причине в малых поселениях городского типа необходимо осуществить полную реконструкцию очистных сооружений. В связи с этим изменится и структура системы энергоснабжения.

Принятая в России технология очистки сточных вод микробиологическим способом на практике показала свою высокую эффективность [3]. Но климатические особенности средней полосы России предъявляют дополнительные требования к технологии биохимической очистки. Известно, что основные виды загрязнений выводятся из состава воды с помощью илов. В составе илов кроме бактерий находятся простейшие одноклеточные организмы, а также земноводные организмы (рачки). Именно продукты загрязнения являются питательной средой для этих организмов. Эффективность работы этих организмов значительно снижается с понижением температуры воды. Поэтому нами предложена измененная схема технологии работы илов, а именно возможность повышения температуры стоков в первичных и вторичных отстойников. Генерация дополнительного тепловой энергии осуществляется газогенераторами газификации твердого топлива [4]. Функциональная схема газогенератора приведена на рис. 2.

В качестве топлива используются, например, отходы производства маслозавода. В состав топлива входит шелуха, масло семян и стебли подсолнечника. Ресурс работы илов в основном зависит от степени загрязнения сточных вод и составляет в среднем 5-7 месяцев. Для

141

уменьшения тепловых потерь внешняя поверхность отстойников покрыта теплоизолирующими пористыми материалами. В такой системе поддержание температуры обеспечивают бактерии мезофиллы и термофилы, образующиеся в сточных водах. Отработанные илы в дальнейшем подвергаются обезвоживанию и перерабатываются в топливо. При нормативном водопотреблении 1 м3/сут на 1 чел годовой ресурс топлива составит 36000 т. Переработка такого количества илов на энергию позволит получить 40 МВт*час электроэнергии и 100 Гкал – тепловой энергии.

Сточные воды с карт хранения отработанных илов перекачивают в бассейны биологической очистки, в которых путем протока взаимодействуют с растительным покровом водорослей поглотителей микроорганизмов. Окончательная операция сброса сточных очищенных вод в бассейн реки осуществляется через гравийнопесчаные насыпные фильтры.

Предлагаемый вариант реконструкции очистных сооружений технологически несложен и не требует значительных финансовых затрат, но позволит повысить качество очистки воды. Наверное, следует считать целесообразным такое вмешательство в природное окружение в результате, которого чище становится вода и воздух.

Красивое сочетание: «комплексное решение проблемы» практически очень редко подтверждается конкретным действием. И главная проблема видится в отсутствии у определенного круга руководителей необходимого качества – профессионализма. В свое время мы продвигали в Заполярье кукурузу, в наше время хлореллу – на просторы средней полосы России. Может все-таки пора усвоить «конструкцию грабель»?!

Рис. 2. Функциональная схема газогенератора [5] (оригинальный)

Ведь на просторах нашей чудесной Родины произрастают такие удивительные растения – санитары леса как мхи, глицинии, кувшинки, камыши, которые не нуждаются акклиматизации. Русские мореплаватели брали в длительное плавание только воду из болот. По установившейся традиции именно в таких городах позиционируется создание крупных предприятий сельскохозяйственного профиля по производству свинины и птицы. В таких посе-

142

лениях нет проблем с кадровым и природным ресурсом. Наличие земель обеспечит кормовую базу животным и птице, а население – рабочую силу для производства. Основная проблема экологического характера возникает при производстве товарной свинины по импортированной голландской технологии. Предлагаемый по этой технологии лагунный способ утилизации сточных вод фактически наносит непоправимый вред экологии. Сельхозпредприятия других профилей вполне могут располагаться на территории поселений. В инфраструктуре малых городов не так часто находятся предприятия, загрязняющие воздух. Однако интенсификация сельскохозяйственного производства, а именно, развитие животноводства изменило экологическую обстановку в малых городах. Проблема заключается в том, что при эксплуатации таких комплексов в атмосферу выбрасывается воздух из системы вентиляции помещений, в составе, которого содержатся ферменты, отрицательно влияющие на состояние организма, как человека, так и животных. В атмосфере повышается концентрация аммиака, углекислого газа, сероводорода. Попытка неиспользования сорбентов с последующей регенерацией фильтров оказалась малоэффективной и высокозатратной. А при увеличении концентрации таких предприятий на ограниченных территориях неизбежно приведет к резкому ухудшению экологической обстановки. Комплексный неформальный подход к решению столь важной экологической проблемы малых городов предполагает, прежде всего, проведение детального анализа природного ресурса выбранной для производства территории (водный, земельный, ландшафтный). Создание коммуникаций должно предшествовать началу работы сельхозпредприятия. На рис. 4 представлен общий вид комплекса по выращиванию птицы.

Рис. 4. Общий вид комплекса по выращиванию птицы (оригинальный)

В качестве топлива для газогенераторов используется подстилочный материал с выгульных площадок, из которых формируются брикеты с добавлением продуктов очистных сооружений мясокомбинатов. Такая технология обеспечивает получение брикетов топлива с более высокой теплотворной способностью. Отопление птицеферм в зимнее время осуществляется от калориферов. При этом забор воздуха производится снаружи помещения. Нагрев воды в системе теплоснабжения производится от теплообменников теплообменной установки.При значительных объемах производства птицы целесообразно на территории головного

143

предприятия организовать цех производства органоминеральных удобрений. Методом ферментации может быть переработана вся подстилочная масса внутреннего содержания птицы с использованием в их составе зольного остатка от всех газогенераторов. Таким образом, фактически будет осуществлена технология с завершенным циклом переработки отходов производства.

Для очистки воздуха нами предлагается использовать безреагентный метод, основанный на физико-электрохимическом принципе взаимодействия воздушной массы с электродами в режиме «тлеющего разряда». Теория этих процессов подробно описана в работах [6]. На рис. 5 представлен общий вид опытного образца, разработанного в нашей лаборатории.

Рис. 5. Общий вид опытной установки безреагентной очистки воздуха (оригинальный)

Главное преимущество предлагаемой технологии заключается в ее простоте и надежности. Однако в ходе производственно-лабораторных испытаний образца нами было установлено, что отдельные элементы конструкции нуждаются в доработке. В частности, было установлено, что ресурс работы игольчатых анодов составляет всего 120-150 часов. Лабораторными исследованиями установлено, что причиной эрозии иглы и соответственно износа анодов является бомбардировка анода твердофазными частицами, движущихся с большими скоростями. Измерение интегральной скорости воздушного потока показало значения 2-2,5 м/с. Однако при высоких потенциалах между электродами (~ 15000 В) скорости твердых частиц малой массы могут значительно превышать интегральную скорость воздушного потока. По этой причине было предложено два варианта решения проблемы.

По варианту один предлагалось изменить траекторию движения твердофазных частиц за счет «закручивания» потока встречной системой развертки высокого напряжения (по аналогии с циклоном). В этом случае твердые частицы под действием центробежных сил будут соударяться с изолированным корпусом, и стекать по желобам к нижней части корпуса.

По второму варианту предлагается апробировать технологию упрочнения рабочей зоны иглы высокопрочными термоустойчивыми сплавами на основе W-Co и W-Zr. Работы по изучению устойчивости этих материалов к эрозионным процессам осуществляются в настоящее время.

Попытку снижения рабочего напряжения следует признать несостоятельной. Понижение рабочего напряжения вызовет снижение скорости потока воздушной массы. Следовательно, потребуется ввести дополнительную электромеханическую вентиляцию, что, безусловно, увеличит энергозатратность, снизит качество и надежность работы системы. При таких потерях выигрыш в ресурсе вряд ли можно считать обоснованным. Система автоматической настройки обеспечивает режим работы установки без возможности образования озона.

144

Но, например, для обработки складских помещений от плесневого грибка возможен переход в режим озонирования. Есть положительный опыт лабораторных испытаний такого способа борьбы с плесенью в складских помещениях. Обработка помещения объемом 500 м3 установкой мощностью 500 Вт в течение суток дала следующий результат: грибковая плесень уничтожалась полностью и в течение года ее возобновления не наблюдалось.

Выводы:

1.Показана возможность организации в малых поселениях работы предприятий сельскохозяйственного профиля по технологии с завершенным циклом переработки отходов производства.

2.Установлено, что наиболее эффективно переработку отходов сельхозпроизводства можно осуществить методом газификации твердого топлива.

3.Разработаны методики и даны рекомендации, по реконструкции очистных сооружений позволяющие повысить качество сточных вод.

4.Рассмотрена возможность полного энергообеспечения комплексов по производству

птицы.

5.Показана возможность организации производства ценных органоминеральных удобрений из отходов жизнедеятельности животных и птицы.

Литература

1.Шалимов Ю.Н. Водород в системах традиционной и альтернативной энергетики / Ю.Н. Шалимов, О.И. Койфман, Е.И. Теруков и др. //Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». – Саров: Изд-во «Научно-технический центр «ТАТА»»,

2013. – № 5-1 (125). – С. 10-44.

2.Шалимов Ю.Н. Оптимизация электрохимического процесса обработки алюминиевой фольги в производстве конденсаторов / Ю.Н. Шалимов, И.М. Мандрыкина, Ю.В. Литвинов. – Воронеж: Изд-во «ВГТУ», 2000. – 343 с.

3.Иванов В.Ф. Очистка городских сточных вод: пособие для инженеров, студентов, техников и санитарных врачей. Изд. 2-е допол. / В.Ф. Иванов. – Одесса: Издание Одесского отделения научно-технического управления (ОНТУ) ВСНХ УССР, 1929. – 512 с.

4.Токарев Г.Г. Газогенераторные автомобили / Г.Г. Токарев. – М.: Изд-во «Машгиз», 1955. – 207 с.

5.Руссу А.В. Использование метода функционального моделирования при исследовании работы газогенератора/ Современные методы прикладной математики, теории управления и компьютерных технологий: сб. тр. IX междунар. конф. «ПМТУКТ-2016» /А.В. Руссу // под ред. И.Л. Батаронова, А.П. Жабко, В.В. Провоторова. – Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2016. – 468 с. – С. 289-293.

6.Райзер Ю.П. Физика газового разряда / Ю.П. Райзер. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во «Наука», 1992. – 536 с.

1ООО «Георесурс», г.Воронеж

2Академик республики Сербия, г. Белград 3Союзный университет им. Н. Теслы, г. Белград

4ФГУП «Научное конструкторско-технологическое бюро «Феррит», г. Воронеж 5ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»

(г. Воронеж)

6ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Ju.N. Shalimov1, M. Lutovac2, B. Lutovac3, D.L. Shalimov4, S.A. Tolstov5, A.V. Russu6

TO THE QUESTION OF ENERGY SAVING

145