книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

Количество отходов, которое будет размещаться на по­ лигоне, принято по согласованию со службой эксплуатации

сучетом плотности укладки. Ежегодное поступление оп­ ределено таким образом, чтобы в 2046 году был достигнут нетто-объем окончательной формы хранилища в 4960 323 м3.

Втаблице 4.1 показаны значения основных расчетных па­ раметров полигона.

На рис. 4.2 показано максимальное и регистрируемое количество биогаза, которое может ежегодно образоваться из заданной массы отходов. На графике видно воздействие старого тела полигона: резкое возрастание количества газа

с1996-го по 2000 год в результате заделки большой массы отходов. Процесс разложения начинается в 2046 году в соответствии со сроком окончания эксплуатации. Макси­ мальное количество газа, в соответствии с заданной степе­ нью регистрации, составит 2600 м3/ч и 1300 м3/ч.

Таблица 4.1

Расчетные параметры для прогноза количества биогаза на полигоне «Люнебург» [10]

Полигон «Корнебург» в Нижней Австрии емкостью 290 тыс. м3 (266 тыс. т) отходов эксплуатировался с 1970-го по 1999 год. Прогноз выполнялся для оценки газоносно­ го потенциала полигона и определения возможности его использования в качестве источника электроэнергии. Со­ гласно прогнозу, максимальное количество газа образова­ лось на полигоне в 1991 году и составило 39,4 млн нм3. На

Рис. 4.2. Прогноз образования биогаза на полигоне «Люнебург» [10]

рис. 4.3, отражающем результаты прогноза, четко видно изменение количества складируемых отходов в 1987 году и снижение газообразования с 1991 года, связанное с на­ чалом раздельного сбора ТБО и снижением количества орга­ нического углерода в отходах.

При использовании модели Tabasaran —Retenberger - Weber возникают определенные трудности. Они связаны с определением количества биологически разлагаемого уг­ лерода и отсутствием, в большинстве случаев, практичес­ ких данных о приеме отходов в течение тех лет эксплуата­ ции, когда технологический контроль на полигоне отсут­ ствовал.

К недостаткам данной модели можно отнести отсутствие определенности в назначении коэффициента разложения fa и константы разложения А, которые назначаются без расчёта и должного обоснования. Необходима также по­ правка к значению коэффициента укладки / , так как при

послойном уплотнении, применяемом в России, минималь­ но возможная плотность укладки составляет 0,45 т/м3 при массе бульдозера или катка 3 -6 т, а максимально воз­ можная —0,84 т/м3 при массе бульдозера 20—22 т и на­ чальной плотности 0,15—0,3 т/м3 [11].

Таблица 4.2

Расчетные параметры для прогноза

количества биогаза на полигоне «Корнебург» в Нижней Австрии [10]

4.3. Расчет эмиссий биогаза по методике АКХ им. Памфилова

В России для прогноза образования биогаза использует­ ся методика, разработанная Академией коммунального хозяйства (АКХ) им. Памфилова на основе уравнения Tabasaran —Retenberger [12]. Уравнение (4.7) преобразо­ вано с учетом влажности ТБО. Определение удельного вы­ хода биогаза производится по формуле (4.8). Расчет выб­ росов биогаза ведется после стабилизации процесса разло­ жения при максимальном выходе биогаза в 4-й фазе анаэробного разложения с постоянным выделением мета­ на (10 - 30 лет).

где Qt - объем образуемого биогаза, м3/т ТБО; W - есте­ ственная влажность отходов, %; t —продолжительность

Рассчитав удельный выход биогаза по концентраци­ ям компонентов биогаза и зная его плотность, опреде­ ляют удельные массы выбрасываемых компонентов, ко­ торые пересчитываются на удельные выбросы в единицу времени.

Зная количество отходов, завезенных на полигон по го­ дам (Р{), и удельные выбросы компонентов биогаза в еди­ ницу времени (Р1уд), можно Определить максимальные ра­ зовые выбросы загрязняющих веществ с полигона (г/с).

где Pty —удельные выбросы в единицу времени (мг/с на тоннууФб О); Ры—количество отходов, завезенных в i-й год (тонн); Т —продолжительность эксплуатации полигона к моменту расчета (лет).

Валовые выбросы вредных веществ (т/год) определяют­ ся с учетом среднего коэффициента неравномерности обра­ зования биогаза в тёплое и холодное время.

Прогноз образования биогаза по этой методике выпол­ нен нами в проекте рекультивации эксплуатируемого по­ лигона «Софроны» г. Перми [6].

Для расчета были использованы следующие исходные данные.

Объем складированных отходов —27 250 тыс. тонн при начальной плотности в местах сбора 0,2 т/м3. Общий объем складированных отходов за 22 года эксплуатации — 4360 тыс. м3, или 5450 тыс. тонн. Среднегодовое поступле­ ние ТБО в период 1978 —2000 г., исходя из общего объема накопленных отходов и времени эксплуатации свалки 22 года, составляет 247,7 тыс. тонн. В перспективе коли­ чество завозимых ТБО увеличится и составит 1457,8 тыс. м3, или 291,6 тыс. тонн. Время стабильного образования ме­ тана составляет 20 лет с момента размещения отходов. Удельный выход биогаза принят равным 5,61 м3/т ТБО в год, содержание метана в биогазе —56%.

Результаты прогноза газоносной способности представ­ лены на рис. 4.4.

По прогнозу, максимальный выход биогаза с террито­ рии свалки предполагается в 2009 году. Максимальный объем биогаза —31150 тыс. м3/год.

Расчеты показывают, что главный недостаток модели заключается в оценке содержания органического углерода и определении удельного потока биогаза, который всегда принимается одинаковым —5,6 м3/т ТБО. По данным таб­ лицы 3.3, содержание органического углерода в отходах для различных свалок России сильно колеблется и зави­ сит от величины населенного пункта, а величина потока вообще может варьироваться в широких пределах, что дол­ жно учитываться в расчетах.

Рис. 4.4. Динамика образования биогаза на полигоне «Софроны»

4.4. Управление метаногенезом путем математического моделирования процесса

образования биогаза

С целью увеличения точности прогноза, учета таких параметров, как влажность, морфологический состав, нами была опробована методика, изложенная в параграфе 3.6. Расчет выполнялся для полигона «Софроны» г. Перми.

По формулам (3.25 —3.26) на основе установленного по результатам многолетних исследований морфологическо­ го состава отходов были рассчитаны объем образующегося метана и скорость его выделения.

Количество образовавшегося газа рассчитано по форму­ ле (3.10) с учетом количества накопленных отходов (Мв) за период эксплуатации полигона и прогноза их дальней­ шего поступления на полигон до 2008 года.

Количество отходов, способных генерировать биогаз, можно определить следующим образом:

отходов, сгоревших в результате пожаров на полигоне; 0,69 —коэффициент, учитывающий долю влаги в отходах; М - количество отходов, накопленных к моменту времени t, тыс. т.

По СНиП 2.01.03 [13], годовое количество осадков для Перми и области - более 697 мм, поэтому константа раз­ ложения принимается для влажных условий эксплуата­ ции. Общее время разложения отходов лимитируется сред­ не- и медленноразлагаемыми фракциями, поэтому исполь­ зуем среднее значение констант этих типов отходов. Таким образом:

Расчет потенциала генерации метана с учетом фактора биоразложения по формулам (3.21-3.26) приведен в табл. 4.4.

Полный потенциал генерации метана (L0) для «Софронов» составляет 153,621 м3/т ТБОсух. Если учесть то, что в последние несколько лет резко снизился объем бумаги, поступающей на полигон, полный потенциал генерации уменьшится на соответствующую величину и составит

103,648 м3/т ТБОсух. Это.хорошо согласуется с данными Findikakis, полученными в результате наблюдений и ана­ лиза массового баланса, указывающего уровень образова­ ния метана от 100 до 250 м3/т ТБО [14].

Скорость образования метана, м3/год, рассчитанная по (3.25) и (3.26), показана на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Скорость образования метана на полигоне «Софроны» по методике АКХ им. Памфилова

Для сравнения был выполнен прогноз по методике Tabasaran —Retenberger. При расчетах была принята тем­ пература в .теле полигона 35° С и расчетные параметры, указанные таблице 4.5.

Таблица 4.5

Расчетные параметры для прогноза количества биогаза на полигоне «Софроны» г. Перми

по методике Tabasaran - Retenberger

На рис. 4.6 показаны результаты прогноза при двух значениях константы разложения: k = 0,015 в соответствии с рекомендациями методики [7, 8] и значением k = 0,072, которое наиболее соответствует условиям «Софронов» [13] и определено по формуле (3.16).

Рис. 4.6. Скорость образования биогаза

на полигоне «Софроны» по методике Tabasaran —Retenberger при различных значениях константы разложения

На рис. 4.7 представлен сравнительный график прогно­ зов метанообразования, полученных с помощью рассмот­ ренных выше моделей.

Различия, которые возникают при использовании раз­ личных методов прогноза, объясняются в первую очередь отсутствием четкой и обоснованной методики определения массы отходов, участвующей в процессе метаногенеза, ко­ личества органически разлагаемого углерода или метано­ вого потенциала, константы разложения. Климатические условия также учитывают не все модели. На рисунке вид­ но, что период эмиссий свалочных газов, определенный по предлагаемой методике, значительно короче, чем по дру­ гим прогнозам, что подтверждают результаты, получен­ ные при исследовании свалочных грунтов 10—12-летней давности на свалках «Софроны» и «Голый Мыс» в районе г. Перми. На свалке «Голый Мыс», закрытой 20 лет назад,