книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

Рис. 4.7. Сравнение прогнозов образования биогаза на полигоне «Софроны» , полученных с помощью различных моделей

эмиссий не обнаружено [15]. В этой связи предлагаемая нами методика оценки газоносной способности полигонов по формулам 3.21—3.26 с учетом зольности отходов пред­ ставляется более обоснованной и полной. Она позволяет достаточно точно подсчитать метановый потенциал, учи­ тывая зону влажности и морфологический состав отходов данного полигона. Коэффициент разложения выбирается также с учетом морфологического состава и климатичес­ кой зоны (формула 3.16). Расчет ведется по массе склади­ рованных отходов, что позволяет пренебречь изменения­ ми плотности отходов при укладке и в процессе разложе­ ния. Учет сгоревшей части отходов также повышает точность прогноза.

Модель достаточно проста и может использоваться при минимуме информации о полигоне или хранилище отхо­ дов для решения различного типа инженерных и исследо­

вательских задач, для любых мест захоронения ТБО и на любом этапе его жизненного цикла.

Для оценки точности модели нами были проведены ла­ бораторные исследования, в основу которых была поло­ жена методика J. Е. Jois и др. [16]. Биоразлагаемые от­ ходы следующего состава: пищевые — 17,2%, садовые — 27,8%, бумажные —53,3%, - подвергались аэробному раз­ ложению в натурных условиях в течение 90 суток, затем были извлечены и гомогенизированы. Проба весом 0,5 кг помещена в стеклянный реактор, в котором созданы ана­ эробные условия. Лабораторная установка показана на рис. 4.8. Периодически, в процессе наблюдения за вы­ делением биогаза, проводился газохроматографический анализ (ГХА).

Рис. 4.8. Схема лабораторной установки для определения объема биогаза, образующегося в результате

анаэробного разложения отходов

Расчет метанового потенциала выполнен на период раз­ ложения 119 дней по формулам (3.21) и (3.22). Расчет па­ раметров приведен в таблице 4.6. Зольность и влажность определены лабораторным путем по методике [17]. Объем выделившегося метана —по формуле (3.24).

Метановый потенциал смеси L0 = 0,2796. Константа раз­ ложения k = 0,0628 = 1,72 10 4 1/день.

Таблица 4.6

Расчет метанового потенциала

В таблице 4.7 приведены результаты определения коли­ чества газа лабораторным и расчетным путем. Скорость образования биогаза показана на рис. 4.9. Корреляцион­ ный анализ показал уравнение регрессии для эмпиричес­ кой кривой: у = 0,074е °'0386к. Квадрат смешанной корре­ ляции R2 = 0,935.

Для расчетной кривой: у = 0,0797е 0,0266х; R 2 = 0,8263. На рисунке 4.9 видно, что эмпирическая и расчетная кривые совпадают, когда биогаз состоит в основном из диоксида углерода. По мере увеличения количества мета­ на в биогазе (приблизительно через 50 суток) наблюдается отклонение расчетной кривой (метан) от эмпирической (био­ газ), что соответствует характеру выделения и составу био­

газа на начальной стадии разложения.

Проведенный анализ существующих способов прогноза эмиссий биогаза с полигонов ТБО, а также эксперимен­ тальных данных позволяет сделать ряд выводов.

Выбор метода оценки эмиссий биогаза зависит от по­ ставленной цели. На глобальном уровне, когда биогаз рас­ сматривается как парниковый газ, целесообразно оценить его максимально возможный выход стехиометрическим путем, а в масштабах региона или области —по прибли­ женным формулам, исходя из суммарного количества за­ хороненных на полигонах и свалках отходов.

На региональном или локальном уровне для определе­ ния рентабельности добычи биогаза, проектирования сис­ тем дегазации, а также для решения инженерных задач рекультивации и т.д. целесообразно использовать модели биоразложения, параметры которых должны быть скор­ ректированы в соответствии с морфологическим составом ТБО, жизненным циклом полигона, технологией захоро-

Genehmigungsantrag. Gesellschaft fur Abfallwirtschaft Luneburg mbH. Pr. № 926, 1997.

11.Санитарная очистка и уборка населенных мест: Справоч­ ник / Под ред. А. Н. Мирного. —М., 1990.

12.Методические указания по расчету количественных ха­ рактеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от

полигонов твердых бытовых отходов. - М.: АКХ им. К.Д.Пам­ филова, 1995.

13.СНиП 2.01.01 - 82. Строительная климатология и геофи­ зика. —М.: Стройиздат, 1983. 136 с.

14.El-Fadel М., Findikakis A.N., Leckie J.O. A Numerical model for methane production in manage sanitary landfills / Waste management & Research, 1989, №7. P. 31-42.

15.Комплексная оценка загрязнения окружающей среды пер­ мской городской свалкой. Отчет о НИР / Аналитцентр КПР. -

Пермь, 1998.

16.Jois J.E., Sato С., Cardena R. Composting of polycyclic aromatic hydrocarbons in Sunulaties municipal solid waste / Water

&environmental research, 1998, №8. P. 356-367.

17.ГОСТ 23740-79. Грунты. Методы лабораторного определе­ ния содержания органических веществ.

Глава 5

МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ МЕГАНОГЕНЕЗОМ

Управление метаногенезом позволяет регулировать и эффективно снижать эмиссию загрязняющих веществ. Комплексная переработка ТБО, аэробная стабилизация, увлажнение и орошение полигона, дегазация в сочетании с соответствующими программами мониторинга являются взаимосвязанными инструментами управления метаноге­ незом на всех этапах жизненного цикла системы «ТБО - полигон — эмиссии». При регулировании входных пара­ метров системы путем всесторонней подготовки к депони­ рованию ТБО эмиссии на выходе значительно уменьшают­ ся и дальнейшее содержание и восстановление полигона требует значительно меньших затрат. При отсутствии тех­ нической или финансовой возможности предварительной подготовки ТБО эмиссии можно снизить с помощью более сложных систем дегазации и мониторинга, что приводит к повышению затрат на эксплуатацию и рекультивацию по­ лигона.

5.1. Комплексная переработка ТБО как инструмент управления метаногенезом

Ключевым звеном стратегии формирования инертного тела полигона являются прием на складирование предва­ рительно обработанных отходов, сжигание ТБО и склади­ рование образующегося шлака.

Механическая и биологическая предварительная обра­ ботка позволяет управлять основными факторами, ответ­ ственными за эмиссии полигона: морфологией отходов, технологией захоронения и жизненным циклом полигона. Устранение биоразлатающихся компонентов, окисление неорганических материалов, изменение плотности отходов,

снижение содержания влаги приводят к поведению отхо­ дов на полигоне, близкому к инертному.

В период эксплуатации полигона, на котором захоро­ ненные ТБО не проходят биологическую и механическую предварительную обработку, эффективным способом уско­ рения процессов разложения могут служить активация окислительных процессов в верхних слоях отходов путем продувки воздухом в сочетании с экскавацией старых, раз­ ложившихся отходов и использованием их для пересыпки новых отходов.

5.1.1. Комплексная механико-биологическая обработка отходов

Одним из эффективных путей снижения эмиссий явля­ ется предварительная обработка отходов, поступающих на захоронение. В наибольшей степени экологическим и эко­ номическим требованиям соответствует технология комп­ лексной механико-биологической обработки ТБО (МБО). Она сочетает в себе процессы сортировки, термическую и биологическую переработку отходов.

В развитых странах применяются различные методы МБО (табл. 5.1), цель которых —минимизация образую­ щегося газа и фильтрата, сокращение периода эмиссий.

Эффективность использования МБО принято оценивать по величине эмиссий биогаза, содержанию летучих веществ (в процентах) и респирационной активности отхо­ дов (мг 0 2/г сух.).

Изменения этих показателей приведены на рис. 5.1 для полигона в Люнебурге. Предварительно сортированные ТБО измельчают и подвергают биологической обработке в соче­ тании с рециркуляцией фильтрата в течение 16 недель [9]. Исследования показали, что газовый потенциал снижает­ ся от 150—250 л/кг сух. ТБО до 10 л/кг сух. ТБО. За счет более высокой гомогенности обработанных отходов их гид­ равлическая проводимость составляет 10 7—10'9. Эффектив­ ность разложения обработанных отходов по уровню выде­ ляемого метана соответствует разложению в условиях обыч­ ного полигона в течение 100 лет.

Основной задачей механико-биологической обработки (МБО) является интенсивная минерализация органического и стабилизация оставшегося неорганического вещества.