книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

менее 15 км, в условиях повышенных санитарных требо­ ваний к обезвреживанию отходов.

Сжигание мусора происходит в основном в мусоросжи­ гательных установках. Бытовые отходы являются очень разноразмерным и разнохарактерным по теплотворной спо­ собности топливом, поэтому их сжигание без предваритель­ ной сортировки нецелесообразно. Содержание органичес­ кого вещества в остатке после сжигания, по данным [19], не превышает 4%. Кроме того, возможность получения тепловой энергии также является позитивным элементом сжигания. В результате сжигания объем складируемых отходов сокращается в 3—10 раз, отходы эффективно обез­ вреживаются, что снижает затраты на последующую ре­ культивацию полигона, а отсутствие биогаза и фильтрата дает возможность быстрого градостроительного освоения территории.

Пиролиз —окисление отходов в инертной среде без до­ ступа кислорода воздуха. В результате пиролиза мусора образуется твердый остаток и различные газовые и масля­ ные фракции. Содержание органического вещества в твер­ дом остатке не превышает 2% [19].

Особенностью российского мусора является сравнитель­ но небольшая доля хлор-, фтор- и серосодержащей органи­ ки, и, соответственно, в дымовых газах, образующихся при сжигании, содержится в несколько раз меньшее количе­ ство НС1, HF и соединений серы [20]. Существующие мето­ ды очистки отходящих газов позволяют достаточно надежно очищать выбросы мусоросжигательных заводов, а преду­ беждение населения при некоторых просветительских уси­ лиях может быть преодолено.

Вместе с тем при выборе технологии и оборудования для переработки российских ТБО необходимо учитывать различие в составе и свойствах ТБО России и зарубеж­ ных стран. Как показывает опыт эксплуатации постро­ енных на территории СНГ и укомплектованных импор­ тным оборудованием мусоросжигательных заводов, ме­ ханический перенос европейского оборудования не является оптимальным решением, так как при отсут­ ствии раздельного сбора российские ТБО имеют высо­ кую влажность и значительное содержание токсичных и негорючих компонентов.

Комплексная предварительная обработка, включающая процедуры механико-биологической обработки и сжигания отходов, позволяет сократить поток отходов, направляе­ мых на захоронение, до 22—30% от начальной массы [21].

В настоящее время, даже при отсутствии раздельного сбора отходов, это один из наиболее простых и дешевых способов управления метаногенезом, позволяющий воздей­ ствовать на весь дальнейший жизненный цикл полигона. В Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Уфе и других городах России в настоящее время имеются дей­ ствующие мощности по механизированной обработке и сжиганию ТБО.

Технология механизированной переработки, применяе­ мая на одном из старейших заводов МПБО-1 в Санкт-Пе­ тербурге, позволила уже на сегодняшний день сэкономить 90 га земли, которые были бы необходимы для строитель­ ства полигонов ТБО. Опытный завод использует биотермический метод обезвреживания и пиролиз некомпостируемого остатка с получением пирокарбона. Последний использу­ ется в производстве асфальтовых смесей, в металлургической промышленности. В ближайшее время планируется довес­ ти производительность завода с 0,9 до 2,3 млн м3 в год и на 70% покрыть эксплуатационные затраты за счет производ­ ства тепловой и электрической энергии [22].

5.4. Системы дегазации полигонов захоронения ТБО

Одним из главных инструментов минимизации эмиссий биогаза является дегазация.

В отечественной и зарубежной практике проводится дега­ зация полигонов с помощью пассивных и активных систем.

К пассивной дегазации полигонов захоронения ТБО от­ носятся системы, которые используют естественный гра­ диент между давлением внутри полигона и атмосферным давлением.

Активная дегазация основывается' на движении биога­ за под действием специальных нагнетательных устройств (компрессоры, вентиляторы). Эти устройства создают гра­ диент давления в вертикальных скважинах или горизон­ тальных трубах системы сбора.

Пассивная система сбора является эффективной, если она обеспечивает защиту от прямых эмиссий биогаза. Ак­ тивная дегазация используется там, где необходима более высокая степень надежности. Она основывается на теоре­ тических оценках потенциала биогаза, тщательном проек­ тировании и включает две подсистемы —сбора и обработ­ ки биогаза, что делает ее наиболее эффективной.

Выбор метода зависит от цели управления (удаление или предотвращение миграции газа) и таких факторов, как конструкция и возраст свалки, тип отходов (содержание органических веществ в отходах), объем и глубина отхо­ дов, локальное состояние (геология, место, использование прилегающей территории и демография).

Методы дегазации позволяют уменьшать эмиссию мета­ на и органических соединений, предотвращать газовые вспышки, взрывы и пожары, управлять миграцией газа.

Проектирование систем дегазации основано на предва­ рительных расчетах общего количества образующегося газа и прогнозах его образования.

5.4.1. Пассивные системы сбора биогаза

Пассивные методы дегазации основываются на природ­ ных процессах конвекции и диффузии. Такие системы ус­ танавливаются в местах низкого газообразования и отсут­ ствия перемещения газа.

Системы сбора биогаза подобного типа не могут приме­ няться для полигонов с внутренними изолирующими сло­ ями, так как дегазация будет происходить только в верх­ нем слое. Давление, которое создастся в нижних слоях, может привести к взрыву. При применении пассивной схе­ мы дегазации потенциал биогаза, как источника энергии, не используется, поэтому такая система нерациональна для крупных полигонов емкостью более 40 000 тонн.

Однако траншейная схема целесообразна и эффективна для небольших полигонов, для старых хранилищ ТБО с невысоким уровнем выделения биогаза или для полигонов с высоким уровнем фильтрата. В настоящее время для по­ лигонов с низким уровнем биогаза развивается способ де­ газации с помощью биофильтров.

Траншейная схема сбора биогаза. Траншеи могут быть вертикальными или горизонтальными. Вертикальная тран­

кается применение труб диаметром, близким к указанно­ му. Перфорационные отверстия распределяются по всей поверхности. US ЕРА рекомендует производить перфора­ цию отверстиями диаметром 1,25 см через каждые 15 см по длине трубы; по диаметру трубы располагаются 4 от­ верстия в шахматном порядке [23].

Трубы соединяются друг с другом с помощью гибких соединений, что позволяет монтировать системы различ­ ной конфигурации и делает их менее восприимчивыми к изменению внутренних усилий.

Дренажные трубы должны иметь уклон не менее 2% вовнутрь полигона для отвода конденсата. Конденсат про­ сачивается через слой гравия в конце дренажных трубо­ проводов внутрь хранилища.

Для обеспечения выхода газа на поверхность траншеи должны иметь газовыпуски, как показано на рис. 5.5.

Расстояние между газовыпусками определяется по рас­ чету прогнозируемого количества биогаза и диаметра тру­ бы газовыпуска. После монтажа траншейной системы мон­ тируется верхний изоляционный слой.

Главные преимущества траншейных систем - простота строительства и относительно однородное изъятие биогаза по всей области.

Однако траншеи восприимчивы к движению тела поли­ гона, могут обводняться, если находятся ниже уровня грун­ товых вод.

При устройстве траншей должны выполняться следую­ щие условия: адекватный выбор глубины, ширины и на­ клона траншеи, расстояния между траншеями; установка основы пакета гравия и устройство укрывающего слоя; уплотнение; установка труб и верхнего изолирующего по­ крытия в соответствии с рекомендациями изготовителей.

Установка портов отбора проб позволяет проводить из­ мерения давления, температуры газа, концентрации и кон­ тролировать работу траншейной системы.

Дегазация полигонов с использованием газоотводя­ щих колодцев. Скважины пассивной дегазации могут мон­ тироваться в процессе заполнения полигона или быть про­ сверленными после его заполнения. Пассивные скважины должны располагаться приблизительно в 10-15 м от края тела полигона отходов и не более двух на гектар. Допол-

жина пассивной дегазации при некоторых обстоятельствах может считаться источником неконтролируемых эмиссий газа в атмосферу. Кроме того, она не решает проблем с неприятным запахом. Вместе с тем принцип действия пас­ сивных скважин более стабилен и предсказуем, так как создаваемое повышенное давление исключает проникно­ вение воздуха в систему сбора и препятствует смешива­ нию его с биогазом, чего не наблюдается в системах актив­ ного сбора.

Применение биофильтров для дегазации полигонов.

При содержании метана в биогазе менее 30% и выходе газа менее 30 м3/час сжигание его на факеле становится нецелесообразным. В таких случаях применяются систе­ мы дегазации на основе биофильтров.

На биофильтре помимо метана могут быть обезврежены ароматические вещества и галогенсодержащие газы. К тому же биофильтр можно использовать для удаления неприят­ ного запаха и обезвреживания органических загрязните­ лей.

Работа биофильтра основана на способности метанотрофных микроорганизмов использовать метан в качестве ис­ точника энергии и углерода и полностью разлагать метан на оксид углерода и воду.

Для микробиологического окисления метана в био­ фильтрах должны выполняться следующие условия: температура — от 10° до 45° С, влажность в пределах 30—70% , pH раствора: нейтральный или слабокислый [24].

Загрузочными материалами для биофильтров служат чаще всего дешевые природные материалы: торф, опил, компост. Эффективность работы биофильтров составляет 90% [13].

5.4.2. Активные системы дегазации

Система активного сбора биогаза включает в себя уст­ ройства, создающие градиент давления (компрессоры, вен­ тиляторы), экстракционные скважины и горизонтальную систему сбора биогаза. Компрессоры (или вентиляторы), подключенные к магистральным газопроводам, обеспечи­ вают эффективное извлечение газа из тела полигона. Си­ стема активной дегазации обязательно включает утили­

зацию извлеченного газа (сжигание, очистка, сжижение и т.д.).

Градиент давления, созданный в скважинах или тран­ шеях, является движущей силой для удаления газа из тела полигона. Газ по трубам коллектора направляется на пе­ реработку.

Эффективность активной дегазации зависит от работы и конструкции систем сбора и утилизации, а также от методов управления этими системами. Эффективная сис­ тема должна быть ориентирована на максимальный уро­ вень газогенерации и сбор биогаза со всей территории полигона, обеспечение контроля каждого элемента систе­ мы дегазации.

Активная система сбора имеет четыре главных компо­ нента: систему газовых скважин (или горизонтальных тран­ шей), газоперемещающее оборудование, оборудование для переработки биогаза, оборудование для осушки биогаза и удаления конденсата.

Попадание воздуха —главная опасность в проектирова­ нии активных систем сбора. Воздух может проникать че­ рез покрытие полигона, что особенно опасно в засушли­ вых регионах, где сухое покрытие почвы легко проницае­ мо для воздуха.

Газосборный пункт предназначен для принудительного извлечения биогаза из свалочной толщи. Для этого с по­ мощью вентилятора в системе газопроводов создается не­ большое разрежение (около 100 мбар).

Изменение условий (давление, температура) в коллек­ торной системе способствует образованию конденсата. Температура биогаза в толще отходов может достигать 40—50°С, а содержание влаги —5-7% об.

После экстракции биогаза из свалочного тела и его по­ ступления в транспортные газопроводы происходит резкое снижение температуры, что приводит к образованию кон­ денсата, который может выделяться в значительных ко­ личествах. Ориентировочно при добыче биогаза в объеме 100 м3/час в сутки образуется около 1 м3 конденсата. По­ этому отвод конденсата с помощью специальных устройств является задачей первостепенной важности, так как его наличие в газопроводе может затруднить или сделать не­ возможной экстракцию биогаза.

Конденсат обычно содержит воду, органические веще­ ства и следовые количества неорганики.

Исследование конденсата, образующегося при охлаж­ дении биогаза на полигоне «Маунтин Вью» (Mountain View), показало, что в его составе содержатся 94 органи­ ческих соединения, 15 из которых считаются токсичны­ ми [23].

Биогаз конденсируется не только в системе сбора, но и в системах его обработки. Этому способствует как естествен­ ное охлаждение, так и искусственное, используемое в про­ цессах очистки биогаза.

Количество образующегося конденсата зависит от гене­ рации биогаза, возраста свалки, количества влаги на свал­ ке, постоянства температуры в теле полигона, размеров и конфигурации свалки, рельефа местности, типа покрытия, климатических условий.

Свойства и количество конденсата необходимо учитывать при проектировании систем сбора и утилизации биогаза.

Перед поступлением на газосборные станции конденсат отводится через напорные трубопроводы с большим гид­ равлическим уклоном в гидравлические затворы соответ­ ствующих шахтных стволов для просочившейся воды, ко­ торые также предотвращают всасывание воздуха в газо­ вую систему.

Конденсатосборник представляет собой стальной резер­ вуар с системой гидрозатвора. Конденсатосборники раз­ мещаются с интервалом 150—230 м. Отбираемый кон­ денсат либо сбрасывается на свалку, либо отправляется на очистку.

Акт ивная система дегазации с применением газо­ сборных горизонтальных траншей. Траншеи для ак­ тивной дегазации монтируются аналогично траншеям пассивной системы, но без газовыпусков. Конец дренаж­ ной трубы соединяется гибким резиновым соединением с трубой магистрального газопровода. Схема активной системы дегазации с применением траншей приведена на рис. 5.6.

Подобные системы могут применяться для полигонов без промежуточных изолирующих слоев, полигонов неболь­ шой глубины, обводненных полигонов (полигонов с высо­ ким уровнем фильтрата).