книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

ся применением изоляционного материала с низкой теп­ лоемкостью;

е) за счет улучшения техники сжигания необходимо добиться, чтобы концентрация NOx в дымовых газах была не выше 200 мг/м3. Для снижения концентрации S02, со­ единений хлора',, фтора и пыли необходима предваритель­ ная обработка сьгрого биогаза;

ж) начинаяуС'тепловой мощности 1,2 МВт газовые го­ релки запускаются в работу на уменьшенной мощности.

В процессе исследований на свалке г. Майнц-Буденгей- ма (ФРГ) установлено, что при высокотемпературном сжи­ гании биогаза в муфельных камерах удается полностью исключить выбросы вредных и ядовитых веществ с дымо­ выми газам^. Достижение этого эффекта стало возмож­ ным за счет футеровки камеры сгорания, технических осо­ бенностей гЬрелок, соблюдения техники безопасности и регулирования процесса (скорости изменения нагрузок и диапазонов колебаний концентрации метана) [4].

В настоящее время в России, на Самарском полигоне ТБО, осуществляется проект утилизации биогаза в факе­ ле. В перспективе предполагается утилизировать газ с вы­ работкой электроэнергии около 500 кВт в час [11].

6.4. Материалы для газопроводов

Эффективность системы сбора и утилизации биогаза во многом зависит от применяемых материалов. С этой точки зрения хорошо зарекомендовали себя трубы из термоплас­ тичных, пластичных, стекловолоконных материалов. За­ рубежные проектировщики отдают предпочтение ПВХ (по­ ливинилхлорид), ПНД (полиэтилен низкого давления) и полипропилену. В России в основном используются сталь­ ные и железобетонные трубы.

Критериями выбора материалов для газопроводов явля­ ются механическая прочность и стойкость к коррозии в среде биогаза.

Полиэтиленовые газопроводы имеют ряд преимуществ перед металлическими: они гораздо легче, обладают дос­ таточной прочностью, эластичностью и коррозионной стой­ костью, хорошо свариваются. Газопроводы не требуют элек­ трохимической защиты. Производительность труда при

Рис. 6.4. Типы факельного сжигания: а) открытое; б) и в) закрытое

строительстве полиэтиленовых газопроводов в 2,5 раза выше. При приемке в эксплуатацию полиэтиленовых га­ зопроводов требуется исполнительная документация соглас­ но [12, 13]. Пластиковые трубы из полиэтилена низкого давления (PEHD) имеют преимущество и с точки зрения восприятия усадочных деформаций, возникающих при уплотнении ТБО.

При отсутствии полиэтиленовых могут быть примене­ ны стальные трубы. В связи с повышенной агрессивнос­ тью среды свалочной толщи, при их использовании газо­ провод должен быть изолирован защитными покрытиями усиленного типа в соответствии с действующими техни­ ческими нормативами: битумно-полимерными, битумно­ минеральными, полимерными [14].

Основное преимущество стальных труб обусловлено ме­ ханической прочностью и их повсеместным использовани­ ем при строительстве газопроводов в России. Для проме­ жуточных и магистральных газопроводов рекомендуется

применять трубы из полиэтилена низкого давления с мар­ кировкой «Газ», изготовленные в соответствии с ТУ-6-19- 051-538-85 типа «Т» [15].

Стеклопластик, используемый для газопроводов в стра­ нах Европы и США, представляет собой стекловолокно, введенное в матрицу эпоксидной смолы. Такие трубы со­ стоят из непрерывно переплетающихся прядей стекла, направление и плотность которых влияют на физические свойства и прочность труб. Внешне эти трубы выглядят неровными по сравнению с ПВХ и полиэтиленом, но внут­ ренняя поверхность их очень гладкая. Стеклопластиковые трубы обычно соединяют с помощью клеящих составов на основе эпоксидной смолы или механическим способом. Использование этих труб в системах сбора биогаза ограни­ чено по причине высокой стоимости материала. Стекло­ пластиковые трубы обладают высокой прочностью и дол­ говечностью, стойкостью по отношению к высоким и низ­ ким температурам, коррозионной стойкостью.

Сравнительная характеристика материалов для изготов­ ления труб приведена ниже (таблица 6.3).

Трубы, предназначенные для сбора конденсата при ат­ мосферном давлении, в европейских странах чаще всего изготавливаются из ПВД. Углеродные стали с антикорро­ зионным пластмассовым покрытием применяются при дав­ лении менее 70 кПа. Незащищенные стальные части, под­ верженные высокому давлению, обрабатывают цинком или эпоксидной смолой [7].

Обычно используют подземную прокладку трубопрово­ дов, так как надземные системы трубопроводов требуют защиты от УФ-лучей, поэтому могут применяться только временно. Количество трубных соединений необходимо минимизировать.

Соединение труб рекомендуется производить с помощью гофрированных полимерных материалов или резины, что позволяет компенсировать деформации газопровода или скважины, вызванные движением тела полигона.

Разработка системы дегазации на полигоне - это масш­ табная акция, включающая все этапы проектирования и строительства любого другого предприятия. При разработ­ ке системы эффективно использование комплексного под­ хода, который включает: прогнозирование количества био-

Таблица 6.3

Достоинства и недостатки труб из различных материалов

Эффективность системы дегазации будет зависеть от соотношения между собранным и утилизированным в еди­ ницу времени количеством газа Qc и образующимся Яшч:

где Qc и QHaxt определяются по формуле (3.24). Экологическая эффективность системы может быть вы­

ражена в виде показателя валового выброса загрязняющих веществ в атмосферу (Ва):

характеризует производительность метода дегазации. Под производительностью метода понимается количество газа, прошедшее в единицу времени через сечение газосборной скважины или 1 м2 биофильтра, или в случае активной системы —через сечение воздуховода на входе в вентиля­ ционную установку.

Производительность методов утилизации зависит от потерь газа в системе газосбора, например от диффузии через поверхность, конденсации его в системе сбора и дру­ гих физических явлений. По различным оценкам, при активной дегазации примерно 40—50 % газа можно собрать [3, 4, 9].

Производительность современных систем инсинерации позволяет сжечь весь собранный метан.

Системы утилизации газа для производства тепловой и электрической энергии требуют минимальной скорости вы­ деления газа не менее 60 м3/час. По опыту австрийских и немецких осуществленных проектов полигонов, эта мини­ мальная скорость должна поддерживаться не менее 20 лет. Такая скорость эмиссии возможна только при соответству­ ющей мощности полигона, высоком содержании органичес­ кого углерода в отходах, а также при условии, что время, прошедшее с момента закрытия полигона, не привело к су­ щественному снижению метанообразования [3, 7].

Все эти многочисленные оговорки в формализованном виде отражает величина скорости выделения метана в еди­ ницу времени.

Минимальный поток метана 60 м3/ч является гранич­ ным значением, ниже которого целесообразны пассивные системы, выше —активные (рис. 6.5).

Граничные условия применения пассивных систем дегазации связаны с величиной избыточного давления внут­ ри свалочного тела. Если избыточное давление мало, ме­ нее 50 мм водн. ст. (0,49 кПа), в горизонтальных транше­ ях возможны подсосы воздуха с образованием взрывоопас­ ных газовоздушных смесей, поэтому в таких случаях целесообразны вертикальные дегазационные колодцы. При избыточном давлении более 100 мм водн. ст. (0,98 кПа) во избежание опасных прорывов через изолирующее покры­ тие необходимы активные системы дегазации с принуди­ тельной откачкой газа. Величина избыточного давления внутри полигона в наибольшей степени зависит от време­ ни разложения отходов, поэтому скорость эмиссий и в этом случае может использоваться в качестве критерия выбора системы.

Границей применения в качестве способа дегазации окон­ чательного покрытия в виде окислительного биофильтра является его максимальная окислительная способность. Линейная скорость проходящего через него потока газа не должна превышать 0,002 м/с. Известно, что биофильтры эффективно окисляют метан при скорости выделяемого газа не более 30 м3/ч [12].

Очевидно, что нижней границей применения специаль­ ных систем дегазации будут являться нормативы чистоты приземного слоя воздуха: предельно допустимые концент­ рации вредных веществ в атмосфере (ПДК для метана —

50мг/м3) и пожаро-взрывоопасные концентрации метана

ватмосфере (5—15% об., или 34,45 - 91 мг/л).

Если содержание метана в приземном слое ниже ука­ занных пределов, достаточно ограничиться алармовыми средствами сигнализации. На рис. 6.5 показаны области применения различных типов систем дегазации в соот­ ветствии с возрастом свалочного тела и скоростью выде­ ления метана. Так как между метановым потенциалом и мощностью полигона существует линейная зависимость [17], то для удобства проектирования можно в качестве критерия принять мощность полигона (количество скла­ дированных отходов).

Рис. 6.5. Граничные условия выбора систем дегазации

(Xj—t, — время эксплуатации полигона как источника энергии, х2 — год закрытия полигона,

х,-х<— период пассивной дегазации)

Перечисленные условия применения различных мето­ дов дегазации, в зависимости от мощности полигона ТБО, сведены в табл, 6,7.

Проведенный логико-структурный анализ показывает, что выбор метода дегазации полигона необходимо произ­ водить по большому набору разнородных показателей, ко­ торые отличаются направленностью действия, размернос­ тью, методическим описанием, критериальными условия­ ми.

На первом этапе необходимо провести выбор критериев, по которым будут сопоставляться объекты. Исходя из об­ щей теории управления движением отходов, базирующей­ ся на трех основных принципах —ресурсном, экологичес­ ком и экономическом, можно провести соответствующую группировку разнородных показателей, характеризующих различные сценарии дегазации полигонов следующим об­ разом:

1)ресурсные: экономия/утилизация энергетических ре­ сурсов (Эр);

2)экологические: воздействие на атмосферу (Ва); воз­ действие на персонал полигона (Вп);

3)экономические: капитальные и эксплуатационные затраты; предотвращенный ущерб (Уп), эффективность системы дегазации (Эд).

Таким образом, все количество эьэргии, которое выра­ батывается и используется, учитываемся как условное топ­ ливо (By).

Методика оценки экологического уцерба от полигонов подробно разработана в нормативной лггературе [18].

Экологические показатели определяется по валовому выбросу вредных веществ в атмосферу и по величине пре­ вышения ПДК [19].

Наличие семи самостоятельных показателей, имеющих различные качественные и количественЕые характеристи­ ки, требует применения соответствующьх экономико-ма­ тематических методов.

Выбор сценария дегазации необходим» произвести с •учетом оценки по каждому из критериев. Оценив их по частным, локальным критериям, общую оценку целесооб­ разно выполнять по одному обобщенному (кохплексному) критерию. Поскольку все перечисленные критерии имеют численные значения, задача выбора оптимального реше­ ния относится к хорошо структуризованным, в соответ­ ствии с классификацией задач в системном анализе.

Для решения таких задач используются количествен­ ные методы анализа. Так как размерность и математичес­ кое описание критериев различны, необходимо воспользо­ ваться непараметрическими методами оценки, заменив численные значения критериев на их ранги. За максималь­ ный ранг принимаются наилучшие значения частных кри­ териев, и они распределяются в порядке возрастания. Обо­ значим сценарии дегазации Cj С2 С., критерии —X, ... X..

Выполним ранжировку сценариев по каждому крите­ рию (табл. 6.4). Заметим, что перечисленные выше состав­ ляющие комплексного ресурсно-эколого-экономического критерия в рамках решаемой управленческой задачи оди­ наково значимы, поэтому задача сводится к расчету сум­ марного (комплексного критерия). Оптимальный вариант дегазации принимается по величине нормированного при­ оритета P ” "-.

В практике выбора систем дегазации возникают и зада­ чи другого рода, например, когда при выборе схемы дега­ зации необходимо оценить ее долговечность, надежность, обосновать выбор того или иного материала для трубопро­ водов, оценить возможности сокращения санитарно-защит-