Экологические аспекты современной биотехнологии

В странах Европы к концу 20 века действовали 546 крупных биогазовых установок, причем 77 % их были установлены на фермах для утилизации сельскохозяйственных отходов {Demuynck et. al., 1984). При обследовании 150 установок выявлено, что капи­таловложения зависят от их комплектации. Если в комплект входит генератор электроэнергии, то стоимость увеличивается на 30—70 %. Однако эксплуатация биогазо

вых установок в Европе показала преимущества трансформации энергии биогаза в элек­трическую. Если установки изготовлены силами хозяина, стои­мость на 26 % ниже, чем при заводском изготовлении. Уста­новлено также, что удельная стоимость 1 м3 полезного объема биореактора снижается при увеличении объема аппарата и ста­билизируется при объеме 100 м3. Стоимость оборудования суще­ственно влияет на стоимость получаемого биогаза. В странах Общего рынка удельная стоимость установки в расчете на 1 м3 реактора не должна превышать 300—400 европейских единиц валюты (ECU—European Currency Unit). Немаловажное зна­чение имеют система биореактора и принцип его работы. Был проведен сравнительный анализ продуктивности и стоимости оборудования следующих трех систем:

1) анаэробный контакт в одном реакторе (французская сис­тема) ;

2) механическое перемешивание и рециркуляция биомассы;

3) проточная система с флокуляцией биомассы без носителя (табл. 11). Данные получены при метановом сбраживании сточных вод сахарного производства.

Таблица 11. Производительность и стоимость биореакторов различных систем

Анаэробный контакт в одном реакторе 0,88 248

С механическим перемешиванием и рециркуля- 0,64 436 цией биомассы

Проточная с флокуляцией биомассы 5,4 2159

Была изучена также окупаемость биогазовых установок. Обследованы 32 установки, из которых 5 самодельные и 3 явно экономически выгодные (срок окупаемости 3—4 года). 27 установок, изготовленных различными фирмами, по окупаемости ока­зались менее выгодными.

Однако, как показали результаты проведённых иссследований эко­номически оправданы лишь биогазовые установки, которые обе­спечивают продуктивность не ниже 1 м3/(м3-сут) и имеют удель­ные капиталовложения не более 300—400 ECU за 1 м3 биореак­тора.

Экономические аспекты получения биогаза при современных животноводческих фермах изучены также в Швейцарии (Э. Эдельманн, 1985). Автор приходит к выводу, что практически все виды отходов сельскохозяйственного производства могут быть перера­ботаны в биогаз и получаемая таким образом энергия может покрыть основные потребности хозяйства. Однако невыгодно ори­ентироваться только на энергию биогаза, так как для утилизации различных отходов требуется применение специальных техноло­гий и оборудования. Получение биогаза и отходов выгодно тем, что переработке подвергаются влажные субстраты.

Э. Эдельманн отдает предпочтение мезофильному режиму ферментации, при котором на поддержание процесса тратится меньше энергии и не нужна столь тщательная изоляция обору­дования и коммуникаций. В отдельных случаях допустим даже психрофильный режим (15—20 °С), но в этом случае потребуется биореактор большого объема. Чем больше животных на ферме, тем меньше удельные капиталовложения. Так, при поголовье крупного рогатого скота 20—30 ежегодные удельные расходы на выращивание одного животного в условиях Швейцарии состав­ляет около 2500 швейцарских франков, а при 70 животных — 1500. 40—50 % капиталовложений идут на работу биореактора, коммуникаций и насосов. Для эксплуатации биореактора удельные расходы на одно животное составляют 150—300 швей­царских франков.

Рентабельность эксплуатации биогазовых установок во многом зависит от конкретных условий и умелого проектирования установки. Э. Эдельманн приводит ряд случаев, когда были созданы слишком большие биореакторы и биогаз использовался нерационально, особенно в летний период. Автор считает, что государство должно поощрять создание биогазовых установок, выделяя дотации, так как это мероприятие направлено на оздоровление окружающей среды.

Весьма положительным фактором при оценке экономики метанового сбраживания сельскохозяйственных отходов является использование жидких отходов после ферментации в качестве удобрения или в качестве корма для рыб и других животных (Maramba et. a!., 1983; Marchaim, 1983).

На основании данных работ опытной установки в Калабрии (Италия) был сделан расчет стоимости биогаза. Биомассу водорослей получили в морской воде в бассейне площадью 500 м2 и сбраживали ее в метан в биореакторе объемом 1 м3. При выходе метана из 1 кг растворенного сухого вещества биомассы 0,35 м3 оказалось, что стоимость 1 кДж энергии такого биогаза составляет 10 долл. Выход энергии при получении метана из водорослей выше, чем при получении этанола из сахарного трост­ника или метанола из древесины (Wagner, 1985).

Необходимо отметить, что биологическая очистка коммунальных и промышленных стоков должна стать обязательным усло­вием хозяйствования. Выбор системы очистки — дело инженер­ного расчета с учетом экономической оценки вариантов. Но глав­ным критерием всегда должно быть получение безвредных для природы стоков. При одинаковом экологическом результате экономически более оправданы системы анаэробной обработки стоков (табл. 12), при которых в анаэробной установке перерабатывается 1,1 т ХПК/сут и обеспечивается БПКб очи щенной воды около 4,5 мг/л. Годовой доход от такой системы около 3000 руб. Аэробная система очистки стоков никакой прибыли не дает.

Чтобы стимулировать оздоровление экологической ситуации, государство должно не только обеспечить контроль за соблюдением экологических нормативов, но и централизованно покрыть часть расходов на установление таких систем. Такого подхода тре­буют интересы современного общества и будущих поколений российских учёных.

Таблица 12. Сравнительная оценка систем очистки стоков

 Скачать реферат