книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

дихлорбензол, хлорфенол. Кроме того, конденсат, образу­ ющийся в системе трубопроводов, также содержит эти ве­ щества. Хлорорганические элементы в составе биогаза раз­ рушающе воздействуют на механизмы. Органический хлор при сжигании свалочного газа и смешивании с водяным паром, который всегда присутствует в составе свалочного газа, образует хлороводородную кислоту, которая, как из­ вестно, обладает коррозионными свойствами. Источник заг­ рязнения биогаза хлором —это промышленные растворы, такие как дихлорметан и тетрахлорэтилен. Точная коли­ чественная характеристика содержания хлора в составе биогаза необходима для принятия мер по устранению или уменьшению коррозионного воздействия [11].

Силоксаны. Исследования, проведенные на свалке «Кучино» (Московская обл.), позволили обнаружить в биогазе свалки, помимо разнообразного набора углеводородов CJ- C J,,, некоторые из их производных, вещества группы силоксанов [48]. Присутствие в составе биогаза микроко­ личеств силоксанов вызывает ряд серьезных проблем при использовании биогаза в качестве топлива.

2.4.3.Физические и химические свойства биогаза

Кфизическим свойствам биогаза относятся: плотность, вязкость, теплота сгорания, влажность, температура.

Плотность биогаза зависит от компонентного состава.

Например, смесь, состоящая из 10% водорода и 90% угле­ кислого газа (обычно образуется на первой стадии анаэ­ робного разложения), тяжелее воздуха, в то время как смесь из 60% метана и 40% углекислого газа (образуется в ре­ зультате фазы метаногенеза) легче воздуха. Прослежива­ ется тенденция: чем выше плотность отходов, тем выше теоретический выход биогаза.

р(СН4) = 0,714х10-4кг/м3; р(биогаз) = 1,07хЮ'4кг/м3.

Вязкость —это свойство, которое характеризует сопро­ тивление движению внутри жидкости или газа. Абсолют­ ная вязкость биогаза и метана m составляет:

т (сн4) = 1,04x105 Н*с/м2 ,

онной очистке смесь газов разделяется на два потока. Дег­ радация приводит к изменению химической структуры и свойств определенных компонентов биогаза. Сепарационные методы используют для предварительной обработки биогаза с целью его последующей утилизации.

Для обеспечения максимального приближения свойств биогаза к свойствам природного газа и беспрепятственной доставки его потребителю газ подвергают осушке.

2.4.4.Потенциал опасности полигона по образованию биогаза

Рассмотренные физические и химические свойства био­ газа, закономерности его образования формируют потен­ циал опасности любого захоронения отходов.

Для того чтобы оценить величину этого потенциала, необходимо располагать следующей информацией о поли­ гоне: мощность полигона, год начала заполнения, подсти­ лающие грунты, удаленность полигона от населенных пун­ ктов, вид хозяйственного использования площадки до раз­ мещения полигона, степень уплотнения поверхности, последующее использование полигона.

Мощность полигона является основным фактором, оп­ ределяющим общий газовый потенциал полигона. На ос­ нове анализа отечественной и зарубежной литературы, эк­ спериментальных исследований действующих полигонов захоронения, результаты которых были предоставлены Венским техническим университетом, паспортизации дей­ ствующих свалок ТБО на территории Пермской области, проведенной в 1996 —1999 годах [49], можно определить границы потенциала опасности по биогазу следующим об­ разом.

Если общий объем выделяемого биогаза менее 40 млн нм3 — полигон имеет низкий потенциал опасности по уровню воз­ действия на окружающую среду. При 40—100 млн нм3 потен­ циал опасности может быть оценен как средний. При общем объеме выделяемого газа более 100 млн нм3 —высокий.

Потенциал опасности полигона по биогазу определяет всю стратегию его развития: закрытие, дальнейшую эксп­ луатацию, метод дегазации и направление рекультивации. Поэтому целесообразно рассмотреть расчетные методы оп­ ределения объема и скорости образования биогаза.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Проектирование и эксплуатация полигонов для захороне­ ния твердых бытовых отходов в странах с переходной экономи­ кой. Рабочие материалы / Доклад ЕРА на II Конгрессе по управ­ лению отходами. - М.: Вэйсттэк, 2001. 207 с.

2.Форстер К., Вейз А. Экологическая биотехнология. - Л.:

Химия, 1990.

3.Lang R. J., Stallard W. М., Chang D. P., Tchobanoglous G. Movement of gases in Municipal solid waste landfills / Report California Waste management Board, US EPA, 1989.

4.Ham R. R., Bariaz M. A. Measurement and prediction of landfill gas quality and quantity / ISWA International sanitary landfill symposium. Cagliari, 1987. P. VIH-1 - VIII-23.

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

6.Marticorena B., Attai A.,Camacho P., Manem G., Hesnault D., Salmon P. Prediction rules for biogas valorization in municipal solid Waste landfills / Wat. Sci. Tech. 1993, V.27, №2. P.235-241.

7.Tchobanoglous G., Theisenh, Eliassen R. Solid waste. - New Iork: Me. Grow-Hll, 1977.

8.Methods for estimating greenhouse gas emissions from municipal waste disposal. EIIP vol.VIII, chap.5 / Municipal waste management, 1999. ISF Consulting (EPA, 1999).

9.Горбатюк О. В., Минько О. И., Лифшиц А. Б. Ферментеры геологического масштаба / Природа,1989, № 9. С.71-79.

10.Ножевникова А. Н., Лебедев В.С., Заварзин Г. А., Ива­ нов Д. В., Некрасова В. К., Лифшиц А. Б. Образование, окисле­ ние и эмиссия биогаза на объектах захоронения бытовых отходов / Журнал общей биологии, 1995, т.54, №2. С.167-181.

11.Ножевникова А. Н. Мусорные залежи —«метановые бом­ бы планеты* / Природа, 1995, Ns 6. С. 25-34.

12.Ножевникова А. Н., Елютина Н. Ю., Некрасова В. К., Труфманова Е. П. Образование метана микрофлорой грунта по­ лигона твердых бытовых отходов / Микробиология, 1989, т. 58, вып. 5. С. 859-863.

13.Технико-экономическое обоснование (проект) рекультива­ ции городской свалки г. Перми «Софроны». Т.2. Оценка воздей­ ствия на окружающую среду. ООО предприятие «КОНВЭК*. - Пермь, 2001. С. 31-35.

14.Проект рекультивации городской свалки г. Чайковского /

ОООпредприятие «КОНВЭК». - Пермь, 2000. 230 с.

15. Deponiegas N iederO sterreich. G efahrdungs und Nutzungpotential allgemeine grundlagen. Teil 1. - Amt der NO Landesregierung, 1991.

16.Deponiegas NiederOsterreich. Deponieuntersuchungen Gashaushalt. Teil 2. - Amt der NO Landesregierung, 1991.

17.Federal waste management plan 2001. Austrian Federal Ministry of Agriculture and Forestry environment and water management. —Wien, 2001.

18.Бейли Д., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. - М.: Мир, 1989. Т.1. 691 с.

19.Feliubadalo J. A generalization of mathematical models for LFG emission / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. Vol. IV. P. 37-44.

20.McDougal J. R., Pyrah L. C. Moisture effects in a biodegradation model for waste refuse / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. Vol. I. P. 59-66.

21.El-Fadel M., Massoud M. Comparative assessment of methodologies for methane emissions estimation from MSW landfills / 7 International waste management and landfill symposium. - Sardinia, 1999.Vol. IV. P. 63-70.

22.Steyer E., H iligsm ann S., Radu J. P. A biological pluridisciplinary model to predict municipal landfill life / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. Vol. I. P. 37-45.

23.Brunner P., Lahner T. Die Deponie. - TU Wien: Institut fur Wassergute und abfallwirtschaft, 1994-1995.

24.Ham R. R. Sanitary landfill, state of the art / Second landfill symposium. - Sardinia, PortoConte, 1989.

25.Трибис В.П. Формирование почв на рекультиваци-

онном полигоне бытовых отходов / Почвоведение, 2000, N® 7.

С.898-904.

26.Шешнев Е. С., Ларионов В. Г., Куркин П. Ю. Компости­ рование органического мусора / Экология и промышленность России, 1999, июль.

27.Greenhouse gas emissions from management of selected materials in municipal solid waste. Report. - US EPA, 1998.

28.DIN EN 13137. Charakterisierung von Abfall - Bestimmung

des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) in Abfall, Schlammen und Sedimenten / Ausgabe: 2001, №12. - Deutsche Fassung EN 13137, 2001.

29.Umweltmeteorologie - Emissionen von Gasen, Geruchen und Stauben aus diffusen Quellen - Deponien / VDI 3790, Blatt 2, Ausgabe: 2000, №12.

30.Deponie V. Verordnung fiber Deponien und Langzeitlager und zur Anderung der Abfallablagerungsverordnung / Ausgabe: 2002, № 07-24.Veroffentlicht in: BGB1 1, 2002.

31.Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекуль­ тивации полигонов для ТБО. - М.: АКХ им. К. Д. Памфилова, 1998.

32.Greenhouse gas emissions from management of selected materials in municipal solid waste - US EPA, 1998. 168 p.

33.Pasey J. Landfill gas production-past and future, a case history / ISWA-International sanitary landfill symposium. 1987. P. XI-1 — XI-19.

34.Barlaz M .A., Ham R. R., Schaefer D. M. Methane production from municipal refuse: a review of enhancement techniques and microbial dynamics / CRC critical Reviews in Environmental Controle. V.19, №3. P. 557-584.

35.Zacharov А. I., Butler А. Р. Modelling biodegradation processes in heterogeneous landfilll waste / 7 International waste management and landfill symposium. - Sardinia, 1999. Vol. I. P. 95-103.

36.De Poli F., Fabrizi F., Rinaldy. Modeling for design of biogas plant and top cover / Environmental impact, aftercare and remediation of landfills. Vol. II / / 7 International waste management and landfill symposium. - Sardinia, 1999. Vol. IV. P. 513-519.

37.Ehrig H. J. Prediction of gas production from laboratory scale tests / Proceedings Sardinia 91. Third international landfill symposium, Cagliari, CISA publisher. Vol.l, 1991. P. 87-114.

38.Municipal Solid Waste Landfills / Volume 1: Summary of the Requirements, for the New Source Performance Standards and Emission Guidelines for Municipal Solid Waste Landfills (EPA, 1996).

39.Cooper C. D., Reinhart D. R., Rash F. Landfill gas emissions. Report / Florida center for solid and hazardous waste management. — US EPA, 1992. 130 p.

40.Baccini P.* Henseler R. Water and element balances of municipal solid waste landfills/ Waste management and research 5, 1987. P. 483-499.

41.Barlaz M., Comobreco V., Repa E., Felker M., Rousseau C.,

Rathll J. Life-cicle inventory of modem municipal solid waste landfill / Environmental impact, aftercare and remediation of landfills. Vol. IV / / 7 International waste management and landfill symposium. Sardinia, 1999. p. 337-343.

42.Aprili P., Bergonzoni M., Buttol P., Cecchini, Neri P. Lifecicle assessment of a municipal solid waste landfill / Environmental impact, aftercare and remediation of landfills. Vol. IV / / 7 International waste management and landfill symposium. - Sardinia, 1999. P. 345-352.

43.Hartz K.E., Klink R.E., Ham R.K. J. Environ. Eng. Div. - ASCE, 1982. V.108. P. 629.

44.СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и зас­ тройка городских и сельских поселений.

45.СанПиН 2.2.1/2.1.1-98. Санитарно-защитные зоны и санитар­ ная классификация предприятий, сооружений и иных объектов.

46.Christensen Т., Kjeldsen Р. Basic biochemical processes in landfills Sanitary landfilling, Process, Technology and environmental impart. - London: Academic press, 1994.

47.Рудакова Л. В. Научно-методическое обоснование сниже­ ния эмиссии загрязняющих веществ полигонов захоронения твер­ дых бытовых отходов (ТБО) биотехнологическими методами /Дисс. на соиск. ученой степени доктора биол. наук. - Пермь: ПГТУ,

2000. 311 с.

48.Минько О. И., Лифшиц А. Б. Экологические и геохими­ ческие характеристики свалок твердых бытовых отходов / Эко­ логическая химия, 1992, №2.

49.Инвентаризация мест размещения отходов на территории Пермской области / Отчет по НИР. - Пермь: ПГТУ, 2001. 32 с.

Глава 3

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И ПЕРЕНОСА БИОГАЗА НА ПОЛИГОНАХ ТБО

Необходимым условием дальнейшего прогресса в обла­ сти обезвреживания отходов в целом, и технологии захо­ ронения в особенности, становится развитие теоретичес­ ких методов прогноза образования биогаза при разложе­ нии ТБО [1].

Несмотря на значительное количество научных публи­ каций по частным вопросам образования биогаза, законо­ мерности метаногенеза в толще складированных отходов остаются недостаточно изученными. В известной степени это объясняется тем, что подобными исследованиями за­ нимаются сравнительно недавно и эмпирической инфор­ мации накоплено мало. Сложность методов прямых поле­ вых измерений и их высокая стоимость являются причи­ ной того, что такого рода исследования малочисленны. Разнообразие местных климато-географических условий, разнородность объектов исследования, их изменчивость во времени затрудняет выбор из их числа типичных, а необ­ ходимость получения статистически достоверных резуль­ татов требует проведения многолетних исследований. В связи с этим высокоинформативные натурные экспери­ менты являются единичными, особенно в отечественной практике. Поэтому основным инструментом исследований остается использование современного математического ап­ парата и математического моделирования процессов мета­ ногенеза во времени.

3.1. Расчетные методы определения объема образования биогаза

Методология оценки эмиссий биогаза со свалочных тел развивалась по мере развития технологии захоронения. До тех пор, пока реализовывался принцип «собрать и вывез-

ти», об оценке эмиссий не было и речи. К концу 80-х годов в развитых странах свалки постепенно были ликвидирова­ ны, началось строительство полигонов захоронения ТБО [2]. В это же время начались и активные исследования процессов разложения отходов, образования биогаза, сде­ ланы первые попытки теоретической и эксперименталь­ ной оценки эмиссий.

ВРоссии оценкой потенциальной газоносной способнос­ ти полигонов занимаются с начала 80-х годов Разнощик

В.В., Горбатюк О. В., Лифшиц А. Б., Минько О. И., Ко­ жевникова А. Н., Труфманова Е. П. и др. [3, 4, 5, 6, 7, 8].

Среди зарубежных наиболее известны исследования, проведенные Ham R. К ., Barlaz М. К ., Ehrig Н. J., Tchobanoglous G., Christensen Т. [9, 10, 11, 12, 13].

Внастоящее время моделирование развивается в двух направлениях: для оценки диффузии и миграции биогаза через тело полигона и для оценки количества и скорости выделившегося газа.

Сначала 1980-х годов активно развивается моделиро­ вание процессов диффузии биогаза на основе теории пере­ носа вещества с целью установления потоков эмиссий с поверхности [14,15]. Модели переноса используют законы гидравлики, в частности закон Дарси. В настоящее время их применяют при проектировании систем сбора биогаза, при условии, что количество образующегося газа опреде­ лено стехиометрическим или иным путем.

Для оценки количества и скорости образования биогаза долгое время использовался стехиометрический подход, позволяющий определить теоретически возможный выход биогаза в результате полного разложения в идеальных ус­ ловиях [1, 2]. Постепенно накапливающиеся эмпиричес­ кие данные о процессах метаногенеза, о роли биоценозов и абиотических факторов в процессах разложения, развитие мониторинга, прогресса в математическом моделировании привели к созданию моделей биологического разложения. Эти модели основаны на исследованиях кинетики и дина­ мики анаэробных процессов и разделении процесса разло­ жения ТБО на три стадии: гидролиза, кислотообразования (ацидогенеза) и метаногенеза [4, 10]. Findikakis [16] и Е1 Fadel [17] много лет работали над предварительной моде­ лью и выводом формулы выхода газа как функции време­