книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

Рис. 2.7. Эмиссии газов в атмосферу с поверхности полигонов ТБО «Кучино» (а - CHt, б - С02) и «Митино» (в - СН4, г - Нг);

х, у - длина и ширина объектов, м;

г- потоки газов в атмосферу, м*/мг в час [10]

ния свалок на полигонах «Софроны» и «Голый Мыс» на наличие потоков биогаза с помощью газоанализаторов и методом газовой хроматографии. На свалке «Голый Мыс», закрытой двадцать лет назад, потоки метана не обнаруже­ ны.

На свалке «Софроны» интенсивные потоки метана были обнаружены в рекультивированной четыре года назад зоне. Концентрация метана в приземном слое свалки, опреде­ ленная с помощью газовой хроматографии, показана на рис. 2.8.

Эмиссии метана и углекислого газа зависят от метеоро­ логических условий [23]. Исследования, проведенные в зимнее и летнее время в Дании, показали, что зимой на-

Кроме того, газы с более высокой концентрацией С1Т4и С02 могут диффундировать в области, где их концентрации ниже.

Кроме сооружений, находящихся на полигоне, подвер­ гаться воздействию газа, служить проводниками ИЛ1 на­ копителями газа могут следующие объекты: заполненные гравием или камнем траншеи (например, закрытый цренаж); подземные трубопроводы или коммуникации; г.эдземные люки, погреба и зоны расположения фундаментов; высокопроницаемые слои грунта [12].

Эта миграция носит пассивный характер, так как во:- никает под действием неуправляемых процессов. В зави симости от типа покрытия захоронения и степени уплот­ нения основания полигона миграцию биогаза можно раз­ делить на вертикальную и горизонтальную.

Горизонтальная миграция возникает при слабопрони­ цаемом (синтетическом) покрытии и неуплотненном осно­ вании полигона (рис. 2.10, а). Вертикальная миграция бывает, наоборот, при хорошо уплотненном основании по­ лигона и высокопроницаемом покрытии (рис. 2.10, б).

Нужно учитывать, что вследствие усадки на границе слоев образуются трещины и разрывы, которые приводят к неконтролируемому движению биогаза. Контроль за рас­ пространением биогаза возможен с помощью специально организованных систем мониторинга биогаза.

При удалении от тела свалки эмиссии уменьшаются. Максимальное расстояние от тела полигона, на которое мо­ жет удалиться биогаз в зернистом грунте, составляет [23]:

где D — расстояние, на которое удаляется биогаз, м; Н —глубина отходов, м.

На перемещение биогаза в наибольшей степени влияют: пористость грунта (чем больше объем пор, тем больше эмис­ сия газа и его распространение); влагосодержание (рых­ лый грунт с незначительным влагосодержанием способству­ ет выделению газа, и наоборот, плотный влажный —пре­ пятствует), состав отходов, конструкция полигона.

Барьерами миграции могут служить глубокий снег, во­ донасыщенные грунты, грунтовые воды, канавы, напол­ ненные водой, в окрестностях полигона и на полигоне, ес­ тественный плотный слой грунта.

дированных отходов, природных условий участка разме­ щения полигона, возраста полигона, влажностного и тем­ пературного режимов и многих других факторов.

Состав газовой фазы формируется совокупностью про­ цессов биодеструкции ТБО, испарения летучих фракций отходов и химических реакций. Биогаз представляет со­ бой сложную смесь продуктов микробной жизнедеятель­ ности, веществ искусственного происхождения или специ­ фических биогенных продуктов, не характерных для при­ родных экосистем.

Многочисленными исследованиями определено и иден­ тифицировано более сотни компонентов органического и неорганического происхождения. В их числе нормальные и разветвленные алканы, нафтены и ароматические угле­ водороды, галогенсодержащие органические вещества. Проведенные исследования позволили обнаружить в составе газа свалок разнообразный набор углеводородов С,—С2, не­ которых их производных, а также ранее не определяемых веществ группы силокеанов. Из неорганического класса веществ определили сероводород, окислы азота, окислы углерода, а также ряд металлов.

2.4.1.Состав биогаза

Вбиогазе выделяют две группы составляющих: макро­ компоненты и микрокомпоненты, которые называют так­ же следовыми газами. К макрокомпонентам относятся метан и диоксид углерода, азот, водород. Наиболее харак­ терный состав биогаза представлен в табл. 2.4 [15].

Составы биогаза различных полигонов существенно от­ личаются в зависимости от объема и качества депониро­ ванных отходов, географических условий района располо­ жения полигона, конструкции основания и покрытия по­ лигона, возможности доступа кислорода воздуха к отходам, высоты складирования отходов, условий их уплотнения, интенсивности процессов разложения [9, 12].

Установлено, что в период стабильного микробиологи­ ческого процесса количество метана в биогазе свалок со­ ставляет 44—66 %, диоксида углерода 33—55%, соотноше­ ние СН4 : С02 —в пределах от 0,8 до 2,0. Содержание азота не превышает 15%, водорода — 1, аммиака — 0,1—0,3; количество сероводорода 200 мг/м3, паров воды —60 г/м3.

Окончание таблицы 2.4

Для оперативной оценки состояния системы дегазации свалки состав биогаза можно принять по табл. 2.5 [11].

Состав газа в наибольшей степени определяется фазой анаэробного разложения. В ацидогенной фазе в составе биогаза преобладает углекислый газ, на стадии метаногенеза —метан. Наличие в биогазе более 50% метана являет­ ся характерным признаком стабилизации метаногенеза. Другие компоненты сильно варьируют, хотя на обеих фа­ зах биодеградации веществ в составе биогаза присутству­ ют одоранты —меркаптаны, жирные кислоты [47].

'Т и п 1 - ч и с ты й биогаз, п о луч е н н ы й в анаэробны х ус ло в и я х ; ти п 2 - в биогазе п р и с у т­ ств ую т ки сло р од и азот в соо тн ош е н и и , свойственном атмосферном у в о здуху . В о зд ух п о с ту ­ пает за счет н е п лотн о стей во всасывающем трубопроводе; ти п 3 - над поверхностью св алки засасывается в о здух, ки сло р од ко то р о го и с п о льзуе тся в м икробиологическом процессе; ти п 4 - ком бинация ти п о в 2 и 3.

Проведенный нами анализ компонентов свободно выде­ лявшегося газа и приземной атмосферы на городском по­ лигоне ТБО г. Перми «Софроны» показал, что в его соста­ ве присутствуют бензол, толуол, этилбензол, ксилол и его гомологи. В зоне свалки отмечено превышение предельно допустимых концентраций по этилбензолу (1,5—6 ПДК) и сумме углеводородов (до 4,5 ПДК). В зоне горения отходов отмечалось превышение концентраций по оксиду углеро­ да, взвешенным веществам, сероводороду, бензолу, толуо­ лу, этилбензолу и углеводородам. Наиболее интенсивные потоки метана были обнаружены в рекультивированной зоне свалки. Значения концентрации метана в приземном воздухе этой зоны представлены в табл. 2.6. В точках от­ бора проб за территорией свалки в пределах санитарно­ защитной зоны обнаружено превышение концентраций загрязняющих веществ по метану и хлористому водороду. Результаты хроматографического анали за биогаза «Софронов» показаны в табл. 2.7.

Таблица 2.6

Изменение концентрации метана в рекультивированной зоне свалки «Софроны»

Близость состава газов, генерируемых различными объектами, величина соотношения «метан: диоксид угле­ рода», отмеченная большинством отечественных и зару­ бежных исследователей [10,12, 20, 37], свидетельствуют о близости общих закономерностей и характера протекания метаногенеза в свалочных телах.

2.4.2. Свойства основных компонентов биогаза

Метан — главный компонент биогаза, который легче воздуха, не имеет цвета и запаха, придает биогазу свой­ ство горючести, удушлив и взрывоопасен в смеси с возду-