Рекомендації щодо розрахунку утворення біогазу та вибору систем дегазації на полігонах поховань
background:white"> ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ Укаїни З БУДІВНИЦТВА ТА ЖИТЛОВО-КОМУНАЛЬНОГО КОМПЛЕКСУ ФГУП ФЕДЕРАЛЬНИЙ ЦЕНТР БЛАГОУСТРОЙСТВА ТА ЗВЕРНЕННЯ З ВІДХОДАМИ
background:white">ЗА РОЗРАХУНОМ ОСВІТИ БІОГАЗУ
І ВИБОРУ СИСТЕМ ДЕГАЗАЦІЇ
НА ПОЛІГОНАХ ЗАХОРОНЕНЬ
background:white">ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ
Рекомендації щодо розрахунку утворення біогазу та вибору систем дегазації полігонів поховання твердих побутових відходів розроблено відповідно до нормативних матеріалів з охорони навколишнього середовища.
Розроблено відділом санітарного очищення міст та утилізації відходів Академії комунального господарства (Абрамов Н.Ф.) та кафедрою охорони навколишнього середовища Пермського технічного університету (Вайсман Я.І., Максимова СВ., Глушанкова І.С., Батракова Г.М., Вайсман О.Я ,К оротаєв В.М., Рудакова Л.В.)
Рекомендації призначені для проектних природоохоронних організацій, працівників житлово-комунального господарства, наукових та навчальних закладів.
З пропозиціями та питаннями можна звертатись на кафедру охорони навколишнього середовища ПермДТУ
Телефон: (34-22) 39-14-82, Факс: (34-22) 39-17-72
E-mail: есо@pstu. ac. ru 614000, Пермь, Комсомольський проспект, 29 а
1. Загальні відомості про процес метаногенезу
2 Склад та властивості біогазу.
3. Розрахунок утворення біогазу з полігонів ТПВ
3.1 Основні теоретичні положення розрахунку емісій біогазу
3.2 Порядок розрахунку емісій 4. Вибір систем дегазації.
5.Моніторинг біогазу на закритих полігонах
Складність методів прямих польових вимірів та їх висока вартістьє причиною того, що такі дослідження нечисленні. Різноманітність місцевих клімато-географічних умов, різнорідність об'єктів дослідження, їх мінливість у часі ускладнює отримання статистично достовірних результатів та потребує багаторічних досліджень. У зв'язку з цим високоінформативні натурні експерименти є поодинокими, особливо у вітчизняній практиці. Тому основним інструментом досліджень залишається використання сучасного математичного апарату та математичного моделювання процесів метаногенезу у часі. Моделювання має розглядатися з одного боку як приблизний індикатор очікуваних тенденцій утворення біогазу, з іншого використовуватися ширше і гнучкіше в залежності від поставлених завдань.
Для прогнозу емісій біогазу з українських полігонів параметри моделей мають враховувати їх характерні особливості: відсутність урахування тривалості впливу складованих відходів на довкілля; відсутність попередньої підготовки відходів перед похованням; відсутність системи дегазації; застосування земляного засипання як захисне покриття; відсутність ізолюючої пересипки шарів відходів, що складуються.
Особливістю поховань ТПВ в Україні є горіння складованих відходів. На більшості експлуатованих звалищ горіння відбувається цілий рік протягом багатьох років. В результаті частина відходів, отже, і органічного вуглецю, вигоряє. Тому в розрахунках доцільно брати це явище до уваги та зменшувати масу відходів на величину згорілих.
Запропонована методика прогнозу метаноутворення ґрунтується на дослідженнях кінетики та динаміки анаеробних процесів Інституту мікробіології РАН, Академії комунального господарства ім. Памфілова, фірми«Геополіс» (Абрамов Н.Ф., Різнощик В.В. Горбатюк О.В., Ліфшиц О.Б., Мінько О.І., Кожевнікова О.М., Труфманова О.П. та ін), зарубіжних учених (R. K. Ham, M. A. Barlaz, H. J. Ehrig, G. Tchobanoglous, T. Christensen), Пермського державного технічного університету (Вайсман Я.І.. ВайсманО.Я,,Батракова Г. М. Глушанкова І. С. Коротаєв В. Н., Максимова С. В. Рудакова Л. В).
1.Загальні відомості про процес метаногенезу
1.1. Газ, що утворюється на полігонах, є продуктом біологічного розкладання органічної фракції відходів, що складуються. Джерелом біогазу є біорозкладні фракції відходів, що становлять в середньому 60-80% від маси ТПВ, до яких відносяться харчові відходи, садово-паркові, макулатура та інші відходи, що містять целюлозу.
1.2. Швидкість та повнота перебігу процесів біодеструкції відходів залежить від морфологічного, хімічного складу, кліматогеографічних умов, стадії життєвого циклу полігону.
1.3. Процес біологічного розкладання включає фази аеробної та анаеробної деструкції. Анаеробні процеси зумовлюють основні емісії забруднюючих речовин.
1.4. Тривалість аеробної фази залежить від попередньої обробки та способу складування ТПВ, що визначають дифузійну здатність відходів та ступінь доступності кисню. В аеробних умовах (на глибині до 50 – 80 см) досить швидко протікає гідроліз та окислення харчових відходів, що містять жири, білки, протеїни. Біогаз виділяється в незначних кількостях і складається в основному з двоокису вуглецю, азоту та водяної пари.
1.5. Анаеробний процес починається на експлуатаційному етапі життєвого циклу і закінчується на пострекультиваційному, проходячи наступні стадії розвитку:
1 - адаптаційну, з періодуформування робочого тіла, коли протягом перших 2-7 років після початку експлуатації розпочинаються процеси метаногенезу.
2 - експоненційного розвитку, 12-17 років, (з моменту, коли умови метаногенезу склалися,рНфільтрату встановилося на рівні 8, до максимального виходу біогазу)
3 - стабілізаційну, при постійному потоці біогазу (25-30 років з моменту закриття)
4 етап - загасання анаеробних процесів, зниження потоку біогазу до безпечних концентрацій метану
5 етап – стадія біологічної інертності.
6 1.6.Протягом 1-2 років з моменту початку складування ТПВ, у міру природного та механічного ущільнення відходів, посилюються анаеробні процеси розкладання з постійним утворенням біогазу. При переході аеробних умов в анаеробні облігатні (суворі) аеробні мікроорганізми вмирають, а факультативні (умовні) аеробні мікроорганізми переходять в анаеробний стан. Утворюються діоксид вуглецю, вода та водень.
1.7. У процесі анаеробного розкладання (метанового бродіння) беруть участь кілька груп мікроорганізмів: Methanococcus Vannielii (відновлення СО2 воднем); Methanobacterium Omeiianskii (зброджування спиртів); Methanococcus mazei, Methanosarcina methanica, Methanobacterium Sohngenii (зброджування солей органічних кислот) та ін.
1.8. Виділяються такі основні фази анаеробної біодеструкції відходів (рис. 1):
гідроліз, коли відбувається руйнування полімеру до коротких фрагментів та мономерів;
ацетогенез; утворюється оцтова кислота, Н 2 та СО2; метаногенез, синтез біогазу; зниження біологічної активності, повна асиміляція.
1.9. У фазі гідролізу під дією ферментативних бактерій відбувається біодеструкція фракцій ТПВ, що легко розкладаються, і гідролізцелюлозосодержащих відходів (папір, садово-паркові відходи, деревина). Біогаз у цей період складається з аміаку, водню, водяної пари, сірководню.
background:white"> 1.10. В ацетогенній або кислій фазі (рН=4,5 -6,5) на протязі і 4-5 років відбувається подальший розпад целюлози, з утворенням оцтової та пропіонової кислоти, вуглекислого газу та води, що призводять до значне зниження рН і прискорення процесів деструкції легко- і середньо розкладається фракцій ТПВ.Біогаз у цей період містить вуглекислий газ, азот, аміак, вуглеводні, низькомолекулярні спирти і альдегіди, кетони.Метан може з'являтися тільки в кінці цієї фази.
background:white"> 1.11. Метаногенна фаза анаеробного розкладання включає дві стадії: активну і стабільну. В активній стадії, протікає ферментативне розкладання утворених в ацетогенній фазі кислот, яке супроводжується значним виділенням газів (метан, вуглекислий газ, меркаптани, аміак та ін. Концентрація метану в біогазу збільшується до 40-60% Максимальний вихід біогазу настає після дворічної витримки відходів у товщі полігону та стабілізації процесів розкладання.
background:white"> 1.12. Стабільна стадія метаногенезу лімітує загальну швидкість розкладання органічних речовин у тілі полігону. Характерною ознакою наступу цієї фази є наявність більше 50 % метану в пробах біогазу. Якщо не порушуються умови складування ТПВ, процес анаеробного розкладання відходів стабілізується за обсягом виділенням біогазу, фактично постійного складу.На цьому етапі розкладається 50-70% целюлози.субстрату зменшується та процес метаногенезу поступово згасає. Вміст метану в газі знижується до 40%.
Рис.1. Склад біогазу на різних стадіях розкладання
white"> 1.13. Кількість біогазу, що утворюється, і концентрація в ньому метану залежать від вмісту в ТПВ харчових відходів, рослинних залишків, паперу, текстилю, деревини та інших органічних фракцій, званих біорозкладаються. Тривалість періоду утворення біогазу визначається за п.п. 3.2. 9.
background:white"> 2.Склад та властивості біогазу
2.1. У біогазі виділяють дві групи складових: макрокомпоненти та мікрокомпоненти, або слідові гази. До макрокомпонентів відносяться метан та діоксид вуглецю, азот, водень. Склади біогазу різних полігонів суттєво відрізняються залежно від обсягу та якості депонованих відходів, географічних умов району розташування полігону, конструкції основи та покриття полігону, можливості доступу кисню повітря до відходів, висоти складування відходів, умов їх ущільнення, інтенсивності процесів розкладання. Біогаз, . містить компоненти, що шкідливо діють на здоров'я людини, які можуть значно перевищувати встановлені для них в атмосферному повітрі ГДК (раз). Найбільш характерний склад біогазу та можливі перевищення ГДК за різними компонентами представлені в табл.1 додатка 1.
background:white"> 2.2. Склад біогазу змінюється в залежності від віку полігону. Зміна концентрацій основних компонентів біогазу на різних етапах життєвого циклу полігону показано на рис. 1.
background:white" 2.3.оперативну оцінку стану систем дегазації полігонів склад біогазу можна приймати за табл.2.