Анализ условий образования биогаза на полигоне по захоронению твердых отходов потребления

Анализ условий образования биогаза на полигоне по захоронению твердых отходов потребления

В настоящее время отходы являются источником поступления вредных химических, биологических и биохимических веществ в окружающую среду [1,2,3]. При решении задач, связанных с размещением и эксплуатацией полигонов по захоронению твердых отходов потребления (ТОП), возникает ряд экологических проблем. К важнейшим из них относится выделение биогаза в окружающую среду с территории полигона ТОП [4,5,6,7], который образуется и выделяется после уплотнения ТОП на карте полигона [8,9] в толще свалочного тела (рисунок).

Рис. Расход образующегося биогаза

экологический биогаз полигон отходы Биогаз образуется при анаэробном разложении органической составляющей отходов и на 98% состоит из метана и диоксида углерода, которые при выходе на поверхность загрязняют атмосферный воздух [10,11].

Расчет выбросов биогаза необходимо проводить для условий стабилизированного процесса разложения при максимальном выходе биогаза. Через два года, после захоронения ТОП генерируется около 80% общего количества биогаза, получаемого из каждой тонны отходов.

Зависимость удельного выхода биогаза за период его активной стабилизированной генерации, описываемая формулой:

(1).

где: Q_{t1 — удельный выход биогаза, м³/т отходов; k — постоянная разложения, равная отношению концентраций углерода и общего азота; t — продолжительность периода стабилизированного выхода биогаза (четвертая фаза), год; W — естественная относительная влажность отходов, %; G0 -масса образующегося активного органического углерода, приведенная к реальным климатическим условиям, г/т, определяемая по формуле:}

где: С_{акт — концентрация активного органического углерода, г/т отходов; Т — относительная температура отходов в теле полигона, определяемая по формуле:}

(3).

где: Т_{отх— температура отходов в теле полигона, °С, изменяется от 28 до 32 °C;}

Т_{ос — температура окружающей среды в расчетный период времени, °С.}

Нами выявлено, что органическая составляющая отходов состоит из «пассивного» (негенерирующего) органического вещества и «активного» (генерирующего) органического вещества.

Выход биогаза при метановом брожении:

(4).

где: Q_{t2— удельный выход биогаза за период его активного выхода, кг/кг отходов; W— средняя влажность отходов, %; R — содержание органической составляющей в отходах, на сухую массу, %; Ж — содержание жироподобных веществ в органике отходов, %; У — содержание углеводоподобных веществ в органике отходов, %; Б — содержание белковых веществ в органике отходов, %.}

Количественный выход биогаза за год, можно определить по формуле:

где: Q_{t1 — удельный выход биогаза, м³/т отходов; сбг — плотность биогаза, кг/м³; t — период стабилизированного активного выхода биогаза, год.}

Общее количество биогаза, определяется по формуле:

(6).

где: Р_{tоб — количество отходов, доставленных на полигон за период с начала эксплуатации полигона до момента расчета, за исключением количества отходов, доставленных за последние два года, т; tэкспл— время эксплуатации полигона, год.}

Плотность биогаза определяется по закону аддитивности:

(7).

где: С_{внi — содержание i-того компонента в биогазе, весовые %; сi — плотность i-того компонента биогаза, кг/м³; n — количество компонентов в биогазе.}

Взаимосвязь плотности биогаза, концентрации в нем i-того компонента и его процентного содержания определяется формулой:

(8).

где: C_{i — концентрация i-того компонента в биогазе, мг/м³.}

Удельная масса метана, выбрасываемого в год, по формуле:

(9).

На основе известного количества отходов [12], завозимого ежегодно на полигон, и удельной массы метана, определенной по формуле (8), можно определить для территории полигона максимально разовый выброс метана по формуле:

(10).

где: P_{j — количество отходов, завезенных в j-тый год, т; tэкспл— продолжительность эксплуатации полигона со времени открытия до момента расчета.}

Таким образом, расчет количества образующегося биогаза является важным этапом в направлении выбора мероприятий по обеспечению экологической безопасности полигонов по захоронению ТОП.

• 1. В. В. Петров, А. Ю. Гусева, Н. В. Гусакова, Д. М. Воробьев Обеспечение функционирования городской системы экологического мониторинга данных по обращению с отходами производства и потребления в г. Таганроге [электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона» 2012, № 4 (часть 2), Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1350.
• 2. Jinglan Hong, Xiangzhi Li, Cui Zhaojie Life cycle assessment of four municipal solid waste management scenarios in China [article]// Waste Management, Volume 30, Issue 11, November 2010, Pages 2362−2369.
• 3. M.D. Bovea, V. Ibбсez-Forйs, A. Gallardo, F.J. Colomer-Mendoza Environmental assessment of alternative municipal solid waste management strategies. A Spanish case study [article]// Waste Management, Volume 30, Issue 11, November 2010, Pages 2383−2395.
• 4. Беспалов В. И., Адамян Р. Г. Задачи выбора территории для полигонов по захоронению ТБО в условиях г. Еревана Республики Армения [Текст] // Журнал «Научное обозрение»; № 2, Москва; 2013; С. 158−161, ISSN 1815−8991.
• 5. Беспалов В. И., Адамян Р. Г. Классификация критериев выбора территории для размещения полигонов по захоронению твердых отходов потребления в условиях республики Армения [Текст] // Журнал «Eastern-European Scientific Journal», № 2, 2013 г., С. 200−205, Дюссельдорф, Германия, ISBN 978−3-942 932−45−5.
• 6. Беспалов В. И., Парамонова О. Н. Физическая модель процесса загрязнения окружающей среды твердыми отходами потребления [электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона» 2012, № 4 (часть 1) Режим доступа:

http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/1118.

• 7. Адамян Р. Г. Анализ экологических особенностей воздействия полигонов твердых отходов потребления на окружающую среду [Текст]// XVI Международная межвузовская научно-практическая конференция «Строительство-формирование среды жизнедеятельности», 2013 г., МГСУ, Москва.
• 8. Адамян Р. Г. Анализ основных характеристик технологии захоронения твердых отходов потребления на полигонах в условиях республики Армения [Текст]// Международная заочная научно-практическая конференция «Наука и образование в XXI веке» 2013 г., г. Москва.
• 9. Адамян Р. Г Анализ экологических особенностей технологии захоронения твердых отходов потребления в условиях Армении [Текст]// III Международная научно-практическая конференция «Современная школа России: вопросы модернизации» 1−4 марта 2013 г., Москва. С. 10−14.
• 10. В. Баадер, Е. Доне Биогаз: теория и практика, С. 184, 1982 г., Издат.: М., «Колос».
• 11. Беспалов В. И., Адамян Р. Г. Оценка условий размещения полигонов по захоронению твердых отходов потребления (ТОП), Журнал «European Applied Sciences» ORT Publishing, 2013 г., Германия.
• 12. Беспалов В. И., Адамян Р. Г. Сопоставление условий г. Еревана и его прилегающие зоны с оптимальными для захоронение отходов [Текст]// Журнал «Известия» Ереванского Государственного Университета Архитектуры и Строительства, № 6, Ереван, 2012, С. 102−105, ISSN 1829−0841.