Анализ условий образования биогаза на полигоне по захоронению твердых отходов потребления
Аннотация
Дата поступления статьи: 30.04.2013Представлены технологические операции, выполняемых на территории полигона ТОП, их основные виды негативного воздействия на окружающую среду. Описаны условия образования и выделения биогаза, образующегося в толще свалочного тела и обладающего выраженным токсичным действием. Определена зависимость удельного выхода биогаза за период его активной стабилизированной генерации.
Ключевые слова: Твердые отходы потребления, полигон по захоронению ТОП, биогаз, влажные отходы, экологическая безопасность
05.23.19 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства
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
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: Qt1 - 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:
(2)
где: Сакт - концентрация активного органического углерода, г/т отходов; Т – относительная температура отходов в теле полигона, определяемая по формуле:
(3)
где: Тотх- температура отходов в теле полигона, °С, изменяется от 28 до 32 °С;
Тос – 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: Qt2- 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:
(5)
где: Qt1 - удельный выход биогаза, м3/т отходов; ρбг - плотность биогаза, кг/м3; t - период стабилизированного активного выхода биогаза, год.
Общее количество биогаза, определяется по формуле:
(6)
где: Рtоб - 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: Свнi - содержание i-того компонента в биогазе, весовые %; ρi - 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: Ci – 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: Pj - 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.
Литература
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. Ibáñez-Forés, 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, , 2013г., С. 200-205, Дюссельдорф, Германия, ISBN 978-3-942932-45-5
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.- 4.- В. Баадер, Е. Доне Биогаз: теория и практика, С. 184, 1982г., 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