Препоръки за изчисляване на производството на биогаз и избор на дегазиращи системи на депата
background:white"> ДЪРЖАВНА КОМИСИЯ НА БЪЛГАРИЯ ПО СТРОИТЕЛСТВО И ЖИЛИЩНО-ПОКУПЕН КОМПЛЕКС ФГУП ФЕДЕРАЛЕН ЦЕНТЪР ЗА БЛАГОУСТРОЙСТВО И УПРАВЛЕНИЕ НА ОТПАДЪЦИТЕ
background:white">ЧРЕЗ ИЗЧИСЛЕНИЕ НА ПРОИЗВОДСТВОТО НА БИОГАЗ
И ИЗБОР НА СИСТЕМИ ЗА ДЕГАЗИРАНЕ
НА ТЕРЕНАТА
фон:бял">ТВЪРДИ БИТОВИ ОТПАДЪЦИ
Разработени са препоръки за изчисляване на генерирането на биогаз и избор на дегазиращи системи за депа за твърди битови отпадъци в съответствие с нормативните материали за опазване на околната среда.
Разработено от катедрата по санитарно почистване на градовете и обезвреждане на отпадъците на Академията за комунални услуги (Абрамов Н.Ф.) и катедрата по опазване на околната среда на Пермския технически университет (Вайсман Ю.И., Максимова С.В., Глушанкова И.С., Батракова Г.М., Вайсман О.Я., Коротаев В.Н., Рудакова Л.В.)
Препоръките са предназначени за дизайнерски екологични организации, служители на жилищно-комунални услуги, научни и образователни институции.
С предложения и въпроси можете да се свържете с катедрата по опазване на околната среда на Пермския държавен технически университет
Тел.: (34-22) 39-14-82, Факс: (34-22) 39-17-72
E-mail: eco@pstu. ак. ru 614000, Перм, Комсомолски пр., 29 а
1. Общи сведения за процеса на метаногенезата
2 Състав и свойства на биогаза.
3. Изчисляване на производството на биогаз от депа за твърди битови отпадъци
3.1 Основни теоретични положения за изчисляване на емисиите на биогаз
3.2 Процедура за изчисляване на емисиите 4. Избор на дегазиращи системи.
5. Мониторинг на биогаз в затворени депа
Сложността на методите за директни полеви измервания и тяхната висока ценаса причината подобни изследвания да са оскъдни. Разнообразието на местните климатични и географски условия, хетерогенността на обектите на изследване, тяхната променливост във времето затруднява получаването на статистически надеждни резултати и изисква дългосрочни изследвания. В това отношение изключително информативните пълномащабни експерименти са рядкост, особено в домашната практика. Следователно използването на съвременен математически апарат и математическото моделиране на процесите на метаногенеза във времето остава основен изследователски инструмент. Моделирането трябва да се разглежда от една страна като груб индикатор за очакваните тенденции в производството на биогаз, от друга страна трябва да се използва по-широко и по-гъвкаво в зависимост от поставените задачи.
За прогнозиране на емисиите на биогаз от българските депа, параметрите на моделите трябва да отчитат техните характерни особености: липса на отчитане на продължителността на въздействието на съхраняваните отпадъци върху околната среда; липса на предварителна подготовка на отпадъците преди обезвреждане; липса на дегазираща система; използването на засипка от пръст като защитно покритие; липса на изолационно препълване на складираните слоеве отпадъци.
Характерна особеност на депата за ТБО в България е изгарянето на складирани отпадъци. В повечето експлоатирани сметища горенето се случва целогодишно в продължение на много години. В резултат на това част от отпадъците, а оттам и органичният въглерод, изгарят. Следователно при изчисленията е препоръчително да се вземе предвид това явление и да се намали масата на отпадъците с количеството изгорени.
Предложеният метод за прогнозиране на образуването на метан се основава на изследвания на кинетиката и динамиката на анаеробните процеси в Института по микробиология на Руската академия на науките, Академията за обществени услуги. Памфилова, фирми"Геополис" (Абрамов Н. Ф., Разнощик В. В. Горбатюк О. В., Лифшиц А. Б., Минко О. И., Кожевникова А. Н., Труфманова Е. П. и др.), чуждестранни учени (Р. К. Хам, М. А. Барлаз, Х. Дж. Ериг, Г. Чобаноглус, Т. Кристенсен ), Пермски държавен технически университет (Va исман Я.И .. ВайсманО.Я ,,Батракова Г.М. Глушанкова И.С. Коротаев В.Н., Максимова С.В. Рудакова Л.В.).
1.Обща информация за процеса на метаногенеза
1.1. Газът, генериран в депата, е продукт на биологично разлагане на органичната част от съхраняваните отпадъци. Източникът на биогаз са фракции на биоразградими отпадъци, които съставляват средно 60-80% от масата на твърдите битови отпадъци, които включват хранителни отпадъци, градински отпадъци, отпадъчна хартия и други отпадъци, съдържащи целулоза.
1.2. Скоростта и пълнотата на процесите на биоразграждане на отпадъците зависят от морфологичния, химичния състав, климатичните и географските условия и етапа от жизнения цикъл на депото.
1.3. Процесът на биологично разграждане включва фази на аеробно и анаеробно разграждане. Анаеробните процеси определят основните емисии на замърсители.
1.4. Продължителността на аеробната фаза зависи от метода на предварителна обработка и съхранение на ТБО, които определят дифузионния капацитет на отпадъците и степента на наличност на кислород. При аеробни условия (на дълбочина до 50 - 80 см) хидролизата и окисляването на хранителни отпадъци, съдържащи мазнини, протеини и протеини, протичат доста бързо. Биогазът се отделя в малки количества и се състои главно от въглероден диоксид, азот и водни пари.
1.5. Анаеробният процес започва в експлоатационния етап на жизнения цикъл и завършва на етапа след рекултивацията, като преминава през следните етапи на развитие:
1 - адаптивен, от периодаобразуване на работната течност, когато през първите 2-7 години след началото на експлоатацията започват процесите на метаногенеза.
2 - експоненциално развитие, 12-17 години, (от момента, в който се формират условията за метаногенеза,pHна филтрата е зададено на ниво 8, до максималния добив на биогаз)
3 - стабилизиране, с постоянен поток от биогаз (25-30 години от датата на затваряне)
Етап 4 - затихване на анаеробните процеси, намаляване на потока на биогаз до безопасни концентрации на метан
Етап 5 - етап на биологична инертност.
6 1.6 В рамките на 1-2 години от датата на започване на съхранението на ТБО, при естествено и механично уплътняване на отпадъците се засилват процесите на анаеробно разлагане с постоянно образуване на биогаз. При прехода на аеробни условия към анаеробни облигатни (строги) аеробни микроорганизми умират, а факултативните (условни) аеробни микроорганизми преминават в анаеробно състояние. Образуват се въглероден диоксид, вода и водород.
1.7. В процеса на анаеробно разграждане (метанова ферментация) участват няколко групи микроорганизми: Methanococcus Vannielii (редукция на CO2 от водород); Methanobacterium Omeiianskii (алкохолна ферментация); Methanococcus mazei, Methanosarcina methanica, Methanobacterium Sohngenii (ферментация на соли на органични киселини) и др.
1.8. Разграничават се следните основни фази на анаеробно биоразграждане на отпадъците (фиг. 1.):
хидролиза, когато полимерът се разгражда на къси фрагменти и мономери;
ацетогенеза; образуват се оцетна киселина, Н2 и СО2; метаногенеза, синтез на биогаз, намаляване на биологичната активност, пълно усвояване.
1.9. Във фазата на хидролиза, под действието на ензимни бактерии, настъпва биоразграждане на лесно разградимите фракции на ТБО и хидролизаотпадъци, съдържащи целулоза (хартия, градински отпадъци, дърво). Биогазът през този период се състои от амоняк, водород, водна пара, сероводород.
фон:бял"> 1.10. В ацетогенната или киселинна фаза (рН = 4,5 -6,5) в продължение на 4-5 години настъпва по-нататъшно разлагане на целулозата с образуването на оцетна и пропионова киселина, въглероден диоксид и вода, което води до значително намаляване на рН и ускоряване на процесите на разрушаване на лесно и умерено разградими фракции на ТБО. Биогазът през този период съдържа въглероден диоксид, азот , амоняк, въглеводороди, нискомолекулни алкохоли и алдехиди, кетони Метанът може да се появи само в края на тази фаза.
фон:бял"> 1.11. Метаногенната фаза на анаеробното разлагане включва два етапа: активен и стабилен. В активния етап протича ензимно разлагане на киселини, образувани в ацетогенната фаза, което е придружено от значително отделяне на газове (метан, въглероден диоксид, меркаптани, амоняк и др.). Сероводородът е преобладаващото редуцирано сулфидно съединение в биогаза. Концентрацията на метан в биогаз се увеличава до 40 -60% Максималният добив на биогаз се получава след две години съхранение на отпадъците в дебелината на депото и стабилизиране на процесите на разлагане.
background:white"> 1.12. Стабилният етап на метаногенезата ограничава общата скорост на разлагане на органичните вещества в тялото на депото. Характерен признак за началото на тази фаза е наличието на повече от 50% метан в пробите от биогаз. Ако условията за съхранение на твърди отпадъци не са нарушени, процесът на анаеробно разлагане на отпадъците се стабилизира с постоянно освобождаване на биогаз в обем, всъщност , постоянен състав.На този етап 50-70% от целулозата се разлага.С течение на времето, в резултат на разграждането на средно и бавно разлагащите се отпадъци, количеството на хранителните веществасубстратът намалява и процесът на метаногенеза постепенно заглъхва. Съдържанието на метан в газа е намалено до 40%.
Фиг. 1. Съставът на биогаза на различни етапи на разлагане
бял "> 1.13. Количеството генериран биогаз и концентрацията на метан в него зависят от съдържанието на хранителни отпадъци, растителни остатъци, хартия, текстил, дърво и други органични фракции, наречени биоразградими, в ТБО. Продължителността на периода на генериране на биогаз се определя съгласно параграф 3.2.9.
background:white"> 2. Състав и свойства на биогаза
2.1. Има две групи компоненти в биогаза: макрокомпоненти и микрокомпоненти, или следи от газове. Макрокомпонентите включват метан и въглероден диоксид, азот, водород. Съставът на биогаза на различните депа се различава значително в зависимост от обема и качеството на депонираните отпадъци, географските условия на района на депото, конструкцията на основата и покритието на депото, възможността за достъп на кислород от въздуха до отпадъците, височината на съхранение на отпадъците, условията за тяхното уплътняване и интензивността на процесите на разлагане. биогаз,. съдържа вредни за човешкото здраве компоненти, които могат значително да надвишат установените за тях ПДК в атмосферния въздух (пъти): амоняк и сероводород, въглероден окис и хексан, циклохексан и бензен, етилен, пропилен и бутилен, присъстващи в биогаза, имат кумулативен ефект. Най-характерният състав на биогаза и възможните превишения на ПДК за различни компоненти са представени в таблица 1 на Приложение 1.
background:white"> 2.2. Съставът на биогаза варира в зависимост от възрастта на депото. Промените в концентрациите на основните компоненти на биогаза на различни етапи от жизнения цикъл на депото са показани на фиг. 1.
фон:бял"> 2.3. Заоперативна оценка на състоянието на системите за обезгазяване на депата, съставът на биогаза може да бъде взет от таблица 2.