М.О. Савощенко, А.К. Чудовська, Е.О. Воробйов
Автомобільно-дорожній інститут Державного вищого навчального закладу "Донецький національний технічний університет"
У промислово розвинутих регіонах України має місце негативний вплив підприємств на навколишнє середовище. Одним із найбільших забруднювачів середовища є шахтний метан. В Україні щорічно коптується на земну поверхню до 800 млн. м3 метана, у народному господарстві використовується менше ніж 20%.
Зараз у різних країнах світу накопичено багатий досвід використання метану, який коптується вугільними шахтами.
Нами розглянуто питання застосування шахтного метану для виробництва харчового білку для потреб сільського господарства і, як наслідок цього, покращення екології регіону.
Шахтний метан може використовуватись в біотехнологічних процесах як вуглеводна сировина для отримання біомаси метаноокислювальних бактерій. Відомо, що інтенсифікація тваринництва потребує різкого збільшення виробництва харчового білку, оскільки сільському господарству необхідні додаткові джерела білку, які компенсують його недостатню кількість в традиційних рослинних харчах.
Основним шляхом зниження і ліквідації дефіциту білку є виробництво біомаси за допомогою мікробного синтезу, який має такі переваги перед іншими джерелами білкових речовин: мікроорганізми мають достатньо велику швидкість накопичення біомаси, мікробні клітини здатні накопичувати дуже велику кількість білку, сам процес біосинтезу є менш трудомістким порівняно з отриманням сільськогосподарської продукції і органічним синтезом білків.
Як продуценти на метані використовуються метаноокислювальні бактерії. У складі поживного середовища для культивації бактерій необхідна присутність джерел азоту, калію, мікроелементів та інших ростових факторів.
Виробництво метанокислювальних бактерій на шахтному метані, яке виконане з нашої участі, показало технічну спроможність його використання, як відходу вуглевидобутку, для виготовлення білково-вітамінного концетрату (БВК) (мал.1).
Нами також були виконані розрахунки економічних показників виробництва білку метаноокислювальних бактерій за концентрації метану в коптуючій суміші від 5 до 25 % при її витраті 90 м3/хв.(табл.1).
Із таблиці 1 бачимо, що у разі збільшення концентрації метану в коптуючій суміші в 5 разів продуктивність ферментаційної установки збільшується в 25 разів. За низьких концентрацій метану в суміші і у разі збільшення кисню зменшується інтенсивність росту бактерій.
У таблиці 2 наведені економічні показники отримання біомаси для тих самих концентрацій метану. Аналіз результатів розрахунків показав, що будівництво ферментаційної установки на шахті буде рентабельним за концентрації металу в суміші більшій ніж 12 %.
Крім виробництва білку метаноокислювальні бактерії використовуються для дегазації вугільних шахт, що дозволяє знизити викиди шахтного метану в атмосферу.
Рис.1 Технологічна схема видобування і використання шахтного метану:
1-вугільні пласти; 2-дегазаційна система шахти; 3-вузол підготовки метаноповітряної суміші; 4-ферментер; 5-вузол підготовки поживної суміші; 6-пункт приготування суспензії; 7-пункт зневоднення і сушіння суспензії.
Таблиця 1 - Технічні показники отримання біомаси
| Концентрація метану в коптуючій суміші, % | Коефіцієнт зміни активності росту від максимальної | Продуктивність установки по метану, м3/доб. | Коефіцієнт використання метану під час біосинтезу | Продуктивність установки, м3/доб. | Геометричний об'єм ферментерів, м3 | Продуктивність установки, т/рік |
| 0,09 | 0,1 | 5,85 | ||||
| 0,35 | 0,2 | 23,4 | ||||
| 0,72 | 0,3 | 52,7 | ||||
| 0,92 | 0,4 | 93,6 | ||||
| 1,00 | 0,5 | 146,3 |
Таблиця 2 - Загальні економічні показники отримання біомаси
| Концентрація метану в коптуючій суміші, % | Собівартість 1 т білку, грн/гону | Прибуток (+) або збитки (-), грн/рік | Термін окупності, роки |
| 10923,3 | -708,2 | - | |
| 4337,4 | -278,3 | - | |
| 3121,4 | 438,0 | 20,4 | |
| 2695,6 | 1440,6 | 6,3 | |
| 2498,9 | 2729,1 | 3,4 |
При цьому у ферментері можна утилізувати близько 16 тис. м3 метану за добу, а в шахтних умовах - знизити газовиділення із відпрацьованих просторів на 4 тис. м3/добу на кожній ділянці.
Таким чином, запропонована технологія забезпечить зниження негативного впливу викидів вугільних шахт на довкілля, комплексне використання ресурсів і покращення харчової бази сільського господарства України.
Текст № 8. Способи ліквідації пилу при виробництві прокату