Алгоритмы определения величин выбросов парниковых газов и закиси азота в Украине Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 519.24

В.И. ПОПАДИНЕЦ*

АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИН ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ И ЗАКИСИ АЗОТА В УКРАИНЕ

Институт проблем математических машин и систем НАН Украины, Киев, Украина

Анотаця. У статтг запропонован алгоритми е формал!зованим описом обчислювальних схем визначення величин викид1в метану i закису азоту в УкраЫ. Це передбачае розрахунок величин викид1в метану вiд полiгонiв твердих побутових вiдходiв, промислових i господарсько-побутових стiчних вод, а так само закису азоту вiд промислових стiчних вод i життедiяльностi населення. Розглянутi алгоритми орiентованi на дiючу в Украт нащональну систему оцтки антропогенних викидiв та поглинання парникових газiв (ПГ), а також тдготовку кадастрiв ПГ вiдnовiдно до нормативних документiв Украгни, щорегламентують тдготовку нащональних nовiдомлень. Ключовi слова: твердi nобутовi вiдходи (ТПВ), сmiчнi води (СВ), величини викидiв метану вiд nолi-готв ТПВ, nромисловi та госnодарсько-nобуmовi СВ, закису азоту вiд промислових СВ i жиmmедi-яльносmi населення.

Аннотация. В статье предложены алгоритмы, которые являются формализованным описанием вычислительных схем определения величин выбросов метана и закиси азота в Украине. Это предусматривает расчет величин выбросов метана от полигонов твердых бытовых отходов, промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод, а также закиси азота от промышленных сточных вод и жизнедеятельности населения. Рассматриваемые алгоритмы ориентированы на действующую в Украине национальную систему оценки антропогенных выбросов и поглощения парниковых газов (ПГ), а также подготовку кадастров ПГ в соответствии с нормативными документами Украины, регламентирующими подготовку национальных сообщений. Ключевые слова: твердые бытовые отходы (ТБО), сточные воды (СВ), величины выбросов метана от полигонов ТБО, промышленные и хозяйственно-бытовые СВ, закиси азота от промышленных СВ и жизнедеятельности населения.

Abstract. The proposed algorithms are formalized description of the computational schemes of determination of methane outburst and nitrous oxide in Ukraine. This involves the calculation of methane outburst from municipal solid waste, industrial and household wastewater, as well as nitrous oxide from industrial wastewater and life of the population. Considered algorithms are focused on acting in Ukraine national system for estimating anthropogenic emissions and absorbing of greenhouse gases (GHGs), and the preparation of GHG inventories in accordance with requirements document of Ukraine regulating the preparation of national communications.

Keywords: municipal solid waste (MSW), wastewater (WW), methane outburst from MSW, industrial and household WW, nitrous oxide from industrial WW and life of the population.

1. Введение

Как известно [6], основными секторами выбросов метана в атмосферу являются сельское хозяйство, энергетика и отходы. Выбросы метана занимают второе место после выбросов углекислого газа и составляют около 16% от общих выбросов парниковых газов в мире. Эмиссии метана, образующиеся вследствие разложения органической части ТБО, оцениваются в 14% от общего количества выбросов метана. Поскольку количество образуемых отходов в мире ежегодно растет, то эмиссии метана имеют тенденцию роста и, следовательно, должны надлежащим образом определяться и учитываться для оценки влияния ПГ на климат Земли.

Процесс биологического разложения органических отходов на полигонах ТБО приводит к образованию биогаза с содержанием метана около 50%. Биогаз - главная причина возгораний на полигонах, которые практически не поддаются тушению и приводят к выб-

© Попадинец В.И., 2014

ISSN 1028-9763. Математичш машини i системи, 2014, № 3

росам в атмосферу большого количества токсичных веществ. Кроме того, метан является газом, парниковый эффект которого более чем в 21 раз больше, чем в углекислого газа [7].

Выбросы метана от свалок ТБО составляют 69,6 % от общего выброса ПГ от отходов, выбросы ПГ от систем очистки бытовых и промышленных СВ составляют соответственно 16, 6 % и 0,3%. От СВ жизнедеятельности человека поступает 11,9 % общего выброса ПГ от отходов, от сжигания отходов - 1,6 % [6].

Рассматриваемые алгоритмы ориентированы на действующую в Украине национальную систему оценки антропогенных выбросов и поглощения ПГ, а также подготовку кадастров ПГ в соответствии с нормативными документами Украины, регламентирующими подготовку национальных сообщений.

2. Выбросы метана при захоронении ТБО на полигонах. Общие сведения

Количество метана, образующегося из ТБО, вывезенных на полигоны, определяются по формуле [1]

t m

Q(t) = GWPh • XZ A• kj • MWST . i • MWSF . i • L j i (t—), (1)

i=to j=1

где GWPCH4 = 21,0 - коэффициент пересчета метана (CH4) в углекислый газ (CO2 экв) [1]; t - год, для которого определяются выбросы; t0 - начальный год выбросов; m - количество категорий (фракций) ТБО;

A = (1 — e kj)jkj - нормализующий множитель, корректирующий суммирование; kj - скорость образования метана j -ой фракцией ТБО;

MWST j , - общее количество ТБО j -ой фракции, образованной в i -ом году; MWSr . . - доля ТБО j -ой фракции, вывезенная на полигоны ТБО в i -ом году; L0 j , - потенциал образования метана в i -ом году, причем

L н = 16 • DOCt • DOCF • F • MCF,

0 j' 12 j F 1

где 16/12 - коэффициент пересчета углерода в метан;

DOCj - общее количество органического углерода способного биологически разлагаться в течение одного года для j -ой фракции;

DOCF = 0,55 - доля фактически разложившегося в течение одного года органического углерода [1];

F = 0,5 - доля метана (по объему) в газе [1];

MCF - фактор коррекции метана за год i.

Выбросы метана за i -ый год определяются отдельно для каждой из трех категорий полигонов, а именно: управляемых, неуправляемых неглубоких и неуправляемых глубоких.

Полагается, что:

1. MCFt = MCF* = 1,0, MCFt = MCF* = 0,4, MCF = MCF* = 0,8 - соответственно поправочные коэффициенты выбросов метана для управляемых, неуправляемых неглубоких и неуправляемых глубоких полигонов ТБО [1].

2. ЫШ^ = Аи, где А~ - доля ] -ой фракции ТБО, захороненной в У-й год.

Расшифровка категорий ТБО и рекомендованные параметры к] и ООС7 для расчета величин выбросов метана соответственно национальной модели приведены в табл. 1 [1].

Таблица 1. Категории ТБО и рекомендованные параметры к] и ООС] для расчета величин выбросов метана_

Категории ТБО kj DOCj

Ац Древесина 0,024 0,43

4 Бумага, картон 0,048 0,40

4 Пищевые отходы 0,110 0,15

4 Текстиль 0,048 0,24

4 Садово-парковые и др. органические отходы 0,070 0,20

4 Неорганические отходы 0 0

Примечание 1. Категория A6} из рассмотрения опускается, поскольку DOC6i = 0. С учетом сделанных предположений соотношение (1) приобретает вид

4

q(t) = -. OWPCH4 ■ F ■ DOCf x

3 (2)

3 t 5

x I MCFk ■ XI MWSTji ■ Ajt ■ DOCj ■ e-kj(t-i) ■ (1 - e-kj).

k = 1 i=to j=1

Общее количество выбросов метана от полигонов ТБО, образующегося в год г, определяется по формуле

0ся4-тбо = [0(0 - Я • (1 - ОХ), (3)

где Я - собранный метан;

ОХ - фактор окисления метана. Примечание 2. Так как в Украине нет данных, документально подтверждающих степень окисления метана на полигонах ТБО, то полагается, что ОХ = 0 [1]. Входные данные:

1. ЫШЯ , АИ (т. С / т. ТБО)

Т 7 г м

2. к] (1/ год).

Примечание 3. Данные о промышленных отходах, захороненных на полигонах ТБО, определяются на основе данных Госстата Украины по статистической форме отчетности № 1 -отходы «Обращение с отходами». Выходные данные:

1. 0т(г) (тис. т).

3. Выбросы метана при обработке промышленных СВ. Общие сведения

Выбросы метана при обработке промышленных СВ в учетный год составляют [3]

Qh-хпк = Z ((TOW -S) • EFt - R), (4)

i=1

где N - число отраслей промышленности;

TOW1 - общая масса органических загрязнений, удаляемая с СВ i-ой отрасли промышленности за учетный год;

St = 0 - масса органических загрязнений, удаленная с осадками СВ; EFt - коэффициент выбросов метана для /-ой отрасли промышленности; Ri - количество рекуперированного метана (ввиду отсутствия достоверных данных о сжигании метана, выделяемого вследствие процессов очистки производственных СВ на промышленных предприятиях, следуя [2], R = 0 ).

Общее количество ХПК (TO W), попадающих в промышленные СВ, составляет [3]

TOWi = zPj • CODj •W, (5)

j

где P. - количество выпуска /-ой отраслью промышленности i-го вида продукции в учетном году;

COD ij - концентрация ХПК в производственных СВ (общий сток), образующаяся при

производстве i-ой отраслью промышленности /-го вида продукции в учетном году;

Wy - среднегодовой удельный объем образования загрязненных СВ /-ой отраслью

промышленности при производстве единицы /-го вида.

Коэффициенты выбросов метана EFi от СВ и их осадков для /-ой отрасли промышленности в год t определяются по формулам [4]

EF . = B0 • F . , (6)

w i t 0 anaer wit 4 '

EF . = B0 • F . , (7)

sit 0 anaer sit 4 '

где B0 = 0,25 - теоретический потенциал образования СН4 при биохимическом распаде 1 кг ХПК [2];

Fanarr wit - доля органических загрязнений ХПК, разлагающихся анаэробно с выделением метана при обработке СВ от /-ой отрасли промышленности в году t;

Fanaer sit - доля (в %) органических загрязнений ХПК, разлагающихся анаэробно с выделением метана при обработке осадков СВ /-ой отрасли промышленности в году t .

Органические загрязнения, разлагающиеся анаэробно с выделением метана при обработке СВ /-ой отрасли промышленности в году t, составляют [2]:

4

F = V (F + F • e ) • Е • MCF + F

anaer w i t ХПП / но tk ХПК / ндо tk ндо к > ХПК k wk ХПК i бо t' (g)

где Fx:aK , но - доля органических загрязнений ХПК в составе промышленных СВ / - ой отрасли промышленности, отнесенная к категории нормативно очищенных и проходящая обработку k-м способом в году t;

F^K i ндо t k - доля органических загрязнений ХПК в составе промышленных СВ / - ой отрасли промышленности, отнесенная к категории недостаточно очищенных, проходящая обработку k-м способом в году t;

еНдо к - Доля полноты очистки СВ, отнесенных к категории недостаточно очищенных

к -ым способом очистки СВ, принимается за 80% (кроме потоков СВ, проходящих доочи-стку, где такой показатель принято за 100 %);

Ехпк - общая эффективность удаления ХПК при очистке СВ к -ым способом;

МСР^к - коэффициент МОР для к-го способа очистки промышленных СВ;

Р'хпк , бо - доля (в %) потока ХПК от /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенная к категории неочищенных, в году г.

Фактор конверсии МСР и эффективность удаления ХПК для каждого из способов обработки промышленных СВ приведены в табл. 2.

Органические загрязнения, разлагающиеся анаэробно с выделением метана при обработке осадков СВ /-ой отрасли промышленности в году г, составляют [2]:

Р = V (Р + Р • е ) • Е • (1 - Р ) • МСР

апаег 5 1 г /—14 ХПК 1 но г к ХПК 1 ндо г к ндо к' ХПК к 4 аег к' 5 к'

(9)

к—1

где Р - доля органических загрязнений ХПК в составе промышленных СВ, разлагающихся аэробно при обработке к -ым способом;

МСРз - коэффициент МСР для к-го способа обработки осадков промышленных СВ.

Таблица 2. Факторы конверсии и эффективность удаления ХПК для каждого из способов обработки промышленных СВ

к Способ обработки СВ МСР , к МСР „ 5 к Е ХПК к (%) е ндо к (%) Р к аег к (%)

1 Станции аэрации 0 0,299 83,9 80 30

2 Накопители, отстойники, пруды 0,05 0,299 3,0 100 0

3 Физико-химическая очистка 0 0,299 80,0 80 0

4 Механическая очистка 0,05 0,299 34,0 80 0

5 Сброс в открытые водоемы 0,1 0,0 - - -

Доли потоков ХПК для /-ой отрасли промышленности, проходящие обработку различными способами, определяющиеся следующим образом.

А. Доля СВ, отнесенных к категории нормативно очищенных, из них для биологической очистки (доочистки) на станциях аэрации

Для биологической очистки доля (в %) потока ХПК от /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенных к категории нормативно очищенных, проходящей очистку в году г, составляет [3]:

Р — Р

хпк 1 но г 1 хпк 1 бш но г

(1 рхпк 1 до г ^

где

Р,

— ^но 1 бгол I/

ХПП 1 б1ол но г

(10) (11)

Оноб,ол ( - общий объем СВ от /-ой отрасли промышленности в году /, отнесенных к категории нормативно очищенных на очистных сооружениях биологической очистки;

ОЕ - общий объем СВ от /-ой отрасли промышленности в году г, сбрасываемой в поверхностные водные объекты;

Рхпк . дО г = 0,05 (5 %) - доля потока ХПК от /-ой отрасли промышленности в составе СВ, проходящей биологическую доочистку на станциях аэрации в году г

(РХПК,1,ДО,у _ 5 %) •

Для биологического доочищения доля потока ХПК /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенных к категории нормативно очищенных и проходящих биологическую доочи-стку на станциях аэрации в году г, составляет:

Р _ Р • Р (12)

хпк 1 но г 2 хпк 1 бюл но г хпк 1 до г. ^ '

Для физико-химической очистки доля потока ХПК /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенная к категории нормативно очищенных и проходящая очистку в году г , составляет:

Р _Оно 1 ф-х г / /точ

рхпк 1 но г 3_ /О , (13)

где Оно 1 ф-х í - общий объем оборотных вод от /-ой отрасли промышленности в году г,

отнесенный к категории нормативно очищенных на сооружениях физико-химической очистки.

Для механической очистки доля (в %) потока ХПК /-ой отрасли промышленности в составе СВ вод, отнесенных к категории нормативно очищенных и проходящих очистку в году г, составляет:

Р — Оно 1 мех г/ /1 /1\

рхпк i но г 4 _ /О , (14)

/ 1 г

где Оно 1 мех г - общий объем оборотных вод /-ой отрасли промышленности в году г, отнесенных к категории нормативно очищенных на сооружениях механической очистки.

В. Доля СВ, отнесенных к категории недостаточно очищенных, из них для биологической очистки на станциях аэрации

Доля потока ХПК /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенных к категории недостаточно очищенных и проходящих биологическую очистку на станциях аэрации в году г, составляет:

РХПК 1 бюл ндо г (Ондо И Оно 1 бюл г)/(ОЕ Оно И^ (15)

где Ондо 1 г - общий объем оборотных вод /-ой отрасли промышленности в году г, отнесенных к категории недостаточно очищенных;

Оно 1 f - общий объем оборотных вод /-ой отрасли промышленности в году г, отнесенных к категории нормативно очищенных.

Доля потока ХПК /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенных к категории недостаточно очищенных и проходящих биологическую очистку на станциях аэрации в году г, составляет [2]:

^ = ^ • (1 - ^ ) (16)

ХПК 1 ндо г 1 ХПК 1 бюлндо г 4 ХПК 1 ДО V .

Для очистки (доочистки) в биологических прудах

Доля потока ХПК /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенных к категории недостаточно очищенных и проходящих биологическую очистку на станциях аэрации в году г, составляет:

^ = ^ • ^ (17)

ХПК 1 ндо г 2 ХПК 1 бюл ндо г ХПК 1 ДО г 4 '

Для физико-химической очистки

Доля потока ХПК /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенных к категории недостаточно очищенных и проходящих физико-химическую очистку в году г, составляет:

^ = (0 • 0 )/(0 • 0 ) (18)

ХПК 1 ндо• г 3 у^ндо 1г ^но 1 ф-х г 1г ^но 1Г.

Для механической очистки

Доля потока ХПК /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенных к категории недостаточно очищенных и проходящих механическую очистку в году г , составляет:

^ = (0 • 0 )/(0 • 0 ). (19)

ХПК 1 ндо г 4 ^ ндо 1 г ^но 1 мех у 1 г ^но 1 4 '

C. Для сточных вод, которые относятся к категории неочищенных

Доля потока ХПК /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенных к категории неочищенных в году t, составляет:

F = Q / Q , (20)

ХПК i бо t ^бо i t ^S it' v '

где Q6o ^ t - общий объем оборотных вод i-ой отрасли промышленности в году t, отнесенных к категории неочищенных.

Общее количество выбросов метана при обработке промышленных СВ от N отраслей промышленности, образующихся за год t, с учетом соотношений (1)-(6), определяется по формуле

N

QcH4 - ХПК (w) Во X ' X ' pj CODy Wij Fanaer wit, (21)

i =1 j

а при обработке осадков промышленных СВ по формуле

N

Qch.-x,K( s) = Во XX P • CODij ■ Wj ■ F_rsll. (22)

i =1 j

Примечание. Определение F и F осуществляется с использованием формул

i 1 anaer wit anaer w i t J i i j

(7)-(16).

Таким образом, общие выбросы метана при обработке промышленных СВ определяются по формуле

QCH, tot QcH4 - ХПК (w) + Qch4 - ХПК (s) (23)

Входные данные:

B0 = 0,25 (кг СН 4 / кг ХПК) - [2];

Ptj (тыс.) - данные Госстата Украины;

CODj (г / л) - [9]; Щ (м3)- [10];

Q . , Q * , QS , Q л, , Q , Q, , Q& it (млн / год)- данные Госво-

^но i t но j бiол t S j t но j ф-х t но j мех t ндо j t бо j 1 v '

дагентства Украины - статистическая форма № 2-ТП (водхоз). Выходные данные:

QH ы (тыс. т / го0).

4. Выбросы закиси азота при обработке промышленных СВ

Суммарные выбросы закиси азота, образующиеся в год t вследствие сброса СВ в открытые водоемы /-ой отраслью промышленности, определяются по формуле [2]

44

E = — . M ■ F ■ EF

n2o ti 28 if вод f ' (24)

где 44/28 - коэффициент преобразования N в N2O— N;

M - общая масса азота, которая попадает в СВ от /-ой отрасли промышленности в году t ;

Fn i вод t - доля потока Л^аг i-ой отрасли промышленности, которая попадает в открытые водные объекты в год t;

EF = 1 (100 %) - степень диссоциации азота.

Общая масса азота (общего), попадающая в СВ при производстве каждого учтенного i-го вида продукции за год t, определяется по формуле [2]

MNJt = j ■ CNJ ■ j (25)

где P t - выпуск i-го вида продукции в году t (учетных единиц);

C - концентрация азота (общего) в производственного СВ (общий сток), образующихся при производстве i-го вида продукции [5];

qj - среднегодовой объем загрязненных производственных СВ [5].

Доля потока Л^аг от i-ой отрасли промышленности (в %), попадающая в открытые водные объекты в году t, составляет [2]:

F = ^^ F ■ (1 — E ) + F

N1 Вод t Nitk'^ N к* N1 бо t' (26)

где Fn , - доля потока Л^аг i-ой отрасли промышленности, проходящая в году t очистку

к-ым способом;

En - эффективность удаления Л^аг k-ым способом [2];

F t - доля потока Л^аг /-ой отрасли промышленности, сбрасываемая в водоемы с

СВ, отнесенными к категории неочищенных в году t .

Эффективность удаления Лзаг по способам очистки СВ приведена в табл. 3.

Таблица 3. Эффективность удаления N3ar по способам очистки СВ

Системы обработки Станции аэрации Биопруды, накопители, поля орошения, прочее Физико-химическая очистка Механическая очистка

k 1 2 3 4

ENk (%) 19,6 2,7 57,0 0

Доли потоков Л^аг для различных отраслей промышленности, проходящие обработку к-ым способом, осуществляются аналогично, как для ХПК.

А. Для СВ, которые отнесены к категории нормативно очищенных, из них для биологической очистки на станциях аэрации

Для биологической очистки доля потока Лзаг от /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенная к категории нормативно очищенной и проходящая биологическую очистку на станциях аэрации в году г, составляет:

F _ F ■ (1 - F )

Nit 1 Ni бюл но t у Ni ДО t''

где F _ Qho i б/ол t

де N i б/ол но t /

Nit 1 Ni бюл но t ^ N i ДО ty' (27)

Q .

qs u' (28)

QHO i 6ion t - общий объем СВ от i-ой отрасли промышленности в году, отнесенных к категории нормативно очищенных на очистных сооружениях биологической очистки;

QS - общий объем СВ от /-ой отрасли промышленности в году, сбрасываемой в поверхностные водные объекты.

FN i до t _ 0,05 (5 %) - доля потока Л^аг /-ой отрасли промышленности, проходящей биологическую доочистку в году t .

Для биологического доочищения доля потока ХПК /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенных к категории нормативно очищенных и проходящих биологическую доочи-стку на станциях аэрации в году t, составляет:

F _ F ■ F

Nit 2 N i б/ол но t N i ДО t (29)

Для физико-химической очистки

Доля потока Лзаг /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенная к категории нормативно очищенной и проходящей физико-химическую очистку в году t, составляет:

F _ Qно i ф-х t /

Nit 3" AS (30)

где Qoo . ф-х t - общий объем оборотных вод /-ой отрасли промышленности в году, отнесенный к категории нормативно очищенной на сооружениях физико-химической очистки. Для механической очистки

Доля потока Л^аг /-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенной к категории нормативно очищенной и проходящей механическую очистку в году t , составляет:

F _ Qoo i мех t/

Nit 4 /Qs (31)

где Qho мех t - общий объем оборотных вод /-ой отрасли промышленности в году t, отнесенный к категории нормативно очищенных на сооружениях механической очистки.

B. Для СВ, отнесенных к категории недостаточно очищенных

Для биологической очистки на станциях аэрации

F = F ■ (1 - F )

Nit 1 N i бюл ндо t ^ N i ДО t'>

ГДе FN i бюл ндо- t (^до i б'0л t Qho i б'0л t)/(Qs it Qho it(32)

QHdo i 6ion t- общий объем оборотных вод i — ой отрасли промышленности в году, отнесенный к категории недостаточно очищенной и проходящий биологическую очистку на станциях аэрации в году t на очистных сооружениях биологической очистки;

Qho i 6ion t - общий объем оборотных вод i-ой отрасли промышленности в году, отнесенных к категории нормативно очищенных;

Q - общий объем СВ i-го вида промышленности в году, сбрасываемый в поверхностные водные объекты.

Для очистки (доочистки) в биологических прудах

Доля потока Л/Заг от i-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенная к категории недостаточно очищенной и проходящая биологическую очистку на станциях аэрации в году t, составляет:

F = F ■F

Nit 2 Ni бюл ндо t Ni ДО t. (33)

Для физико-химической очистки

FN i ндо■ t 3 (Qh3o i t Qho i ф—х t) ^ (QS i t Qho i t) . (34)

Для механической очистки

N i нд0, t 4 ^Qндо i t Qho i мех t)/(QS i t Qho i t). (35)

С. Для СВ, которые относятся к категории неочищенных

Доля потока Л/Заг от 1-ой отрасли промышленности в составе СВ, отнесенных к категории неочищенных в году г, составляет:

1 бо г = 1 г ^ 1 г, (36)

где 0бо . - общий объем оборотных вод от 1-ой отрасли промышленности в году г, отнесенных к категории неочищенных.

Суммарные выбросы закиси азота, образующиеся вследствие сброса СВ в открытые водоемы в год г с учетом соотношений (24)-(36), определяются по формуле

11 N 4 _

О^О-СВ = — ■ Р.1-Сы.-Ц]( РЫ1гк + РЫ1гк И1 - ЕЫ к ) + РЫ1 бо г). (37)

7 1=1 . к=1

Входные данные:

Р. г (тыс. чел.) - данные Госстата Украины;

CNj (мг/л) - [8]; Qj (м3) - [8];

ENk (%) - [3]; FNi ДО ,—0,05 (5 %);

Gz i t (млн- M / год) - данные Госводагентства Украины - стат. форма № 2-ТП;

Qho i вгол t, Qho i мех t' Qho i ф-х t' qho it' QHdo ' Q0 „ (МЛН M3 / год) - данные ГосвоД-

агентства Украины). Выходные данные:

qn2o-cb (тыс. т).

5. Выбросы метана при обработке ХБСВ. Общие сведения

Выбросы метана при обработке ХБСВ составляют [4]:

0Ся4 - ХБСВ = TOW • EF - R, (38)

где TOW — P • Ddoni, (39)

TOW - годовая масса органических загрязнений, удаляемая с ХБСВ за учетный год; P - общая численность населения страны, принимаемая равной численности имеющегося населения на начало учетного года;

Ddom - удельное образование органических загрязнений в пересчете на 1000 жителей; EF - коэффициент выбросов метана; R - количество рекуперированного метана. Потоки органических загрязнений БПК, удаляемых с ХБСВ, проходящие обработку j -ым способом за учетный год составляют:

TOWj — P• Ddom aj, (40)

где aj - доли СВ, проходящие очистку j -ым способом, причем:

- доли ХБСВ, прошедших нормативную очистку на станциях аэрации:

Pds • Qd

a — —скшн°; (41)

1 P • Q ( )

dom tot

- доли ХБСВ, прошедших недостаточную очистку на станциях аэрации:

P • Q

a — DS dom ндо . //ЮЧ

a = P • Q ' (42)

dom tot

- доля загрязненных без очистки ХБСВ:

PDS • Q

¿У _ DS dom безо .

a = P ^ Q ' (43)

dom tot

- доля ХБСВ, отведенных в септики:

a4 — %; (44)

P

- доля ХБСВ, отведенных в выгребные ямы:

«5 = (Pk - Pds) - Psep; (45)

- доля ХБСВ, отведенных в латрины:

P - P

«6 =—г±; (46)

p

где Pds - численность населения, обеспеченного централизованным водоотведением; Psept - численность населения, подключенного к отводу ХБСВ в септики; Qdom t t - общий объем оборотных вод, отнесенных к категории видов деятельности; Qdom но - объем нормативно очищенных СВ; Q,^ - объем загрязненных СВ без очистки ХБСВ;

^ dom безо г 1

Q, - объем недостаточно очищенных СВ.

^-dom ндо

Общее число жителей Pk , обеспеченных системами канализации, составляет [2]:

S .ß

Pk = , (47)

где Stot - общая площадь жилищного фонда в Украине;

ßk - удельная доля жилищного фонда, оборудованного канализацией;

Sj - средняя обеспеченность жилищной площадью с расчета на одного жителя. Коэффициенты выбросов метана EF определяются по формулам [3]:

EF = B0 • F ., (48)

w j 0 anaer w у 4 '

EF = B0 • F ., (49)

s j 0 anaer s j x '

где B0 = 0,6 - теоретический потенциал образования метана при биохимическом распаде 1 кг БПК;

F и F - доли органических веществ, распадающихся анаэробно при j -м

anaer w j anaer sj r г г j

способе обработки СВ и их осадков соответственно.

Доли органически загрязненных, распадающихся анаэробно в процессе очистки СВ с выделением метана отдельными потоками, определяются по формулам [2]: - для СВ, нормативно очищенных на центральных станциях аэрации:

F , = F ( = eBnK • MCFHO + (100 - еВПК ) • MCFeod (50)

anaer w 1 anaer w (но СА) ВПК но но 4 ВПК но7 вод V-'"/

где egnK но = 91,6 % - эффективность удаления БПК для нормативно очищенных СВ;

MCFHO = 0 - коэффициент MCF при обработке ХБСВ, отнесенных к категории нормативно очищенных на центральных станциях аэрации;

MCFmd = 0,1 - коэффициент MCF при попадании СВ в открытые водоемы;

- для СВ, недостаточно очищенных на центральных станциях аэрации:

Fanaer w 2 = Fanaer w (ндо CA) = ^ПК ндо ^ MC^ + (100 - евПК ндо ) ^ MCF^d, (51)

где вБпк ндо = 84,0 % - эффективность удаления БПК для недостаточно очищенных СВ;

MCFHdo = 0,05 - коэффициент MCF при обработке ХБСВ, отнесенных к категории недостаточно очищенных на центральных станциях аэрации;

- для СВ, сбрасываемых в открытые водоемы без очистки:

F 3 = F = MCF g ; (52)

anaer w 3 anaer w вод вод v '

- для СВ, очищаемых в септиках:

F = F = MCF , (53)

anaer w 4 anaer w sept сеп у s

где MCFcen = 0,5 - коэффициент MCF при обработке ХБСВ в септиках;

- для СВ, сбрасываемых в выгребные ямы:

F ,+ F

F _ F _ anaer w 1_anaer w 2 (54)

anaer w 5 anaer w pit 2 '

- для СВ, сбрасываемых в латрины:

F 6 = F lt= MCFJiam, (55)

anaer w 6 anaer w latr JJam v '

где MCFjam = 0,1 - коэффициент MCF при обработке ХБСВ в латринах.

Таблица 4. Способы обработки СВ и соответствующие коэффициенты MCFj и egnR

j Способ обработки СВ MCFj eEnK j (%)

1 Станции аэрации (нормативно очищенные СВ) 0 91,6

2 Станции аэрации (недостаточно очищенные СВ) 0,05 84,0

3 Сброс в открытые водоемы 0,1 -

4 Септики 0,5 -

5 Латрины 0,1 -

Доли органических загрязнений, разлагающихся анаэробно с выделением метана при обработке осадков сточных вод, определяются по формулам [2]:

- для СВ, отнесенных к категории нормативно очищенных:

F , = F = (e - F ) ■ MCFm , (56)

anaer s 1 anaer s но 4 Ы1К но aer но' UA s 4 '

где Far но = 0,3 - доля полного распада органических загрязнений при биохимическом очищении СВ в аэробных условиях;

MCFUA s = 0,299 - национальный коэффициент MCF для систем обработки осадков на

илистых площадках;

- для СВ, отнесенных к категории недостаточно очищенных:

F 2= F = (e К . F - MC^^) ■ MCFUA , (57)

anaer s 2 anaer s ндо 4 ЬСК ндо aer ндо нио' UA s v '

где F ндо = 0,15 - доля полного распада органических загрязнений при биохимическом

очищении СВ в аэробных условиях;

- для СВ, собираемых в выгребные ямы:

(F + F )/

F = F = anaer s 1 anaer s 2'/ (58)

anaer s 3 anaer s pit /2

Общее количество выбросов метана при обработке хозяйственно-бытовых СВ, образующихся за год, с учетом (40)-(58), определяются по формулам:

6

QrH ХБСВ( ) = В0 ■ P■ Dd ■ У а. ■ F , (59)

^ГЯ, -ХБСВ (ш) 0 dom ¿^ . апаег №.

7=1

2

QCH ХБСВ(s) = B0 ■ P■ Ddom ■ (У a, • F + a5 • F Л (60)

^СИ 4-ХБСВ (s) 0 dorn j anaers J 5 anaers 37

j=1

Общее количество выбросов метана от ХБСВ, образующегося за год, определяется по формуле

QCH4 - ХБСВ (tot) = QCH4 - ХБСВ ( w) + QCH4 - ХБСВ (s). (61)

Входные данные:

P (тыс.), ßk (%), Sj (м2 /чел.), Stot (м2) - данные Госстата Украины; PDS (тыс.) - данные Минрегионстроя Украины;

QJ , QJ , QJ , , Qj г (м3/ год)- данные Госводагентства, стат. форма № 2-ТП.

^ dom tot ^ dom но ^ dom ндо ^ dom безо к '

Константы:

B0 (кг СН4/ кг БПК) = 0,6;

Ddom (кг БПК /тыс. чел /год) = 18250;

R (кг СН 4/ год) = 0;

еБПКт (%)= 91,6;

e (%) = 84,0;

БПК ндо v ' ' '

F (%) = 0,3;

aer но 4 '

F д (%) = 0,15;

aer ндо

mcfuas =0,299

MCFm = 0; MCFндо = 0,05; MCFeod = 0,1; ^^CFcen = 0,5; ^M-CFлат = 0,1. Выходные данные:

qch4 - ХБСВ (tot) (тыс. т). 6. Выбросы закиси азота от СВ жизнедеятельности человека

Общие выбросы закиси азота от СВ жизнедеятельности человека определяются по формуле [4]

Qn2O_.= X ■ N ■ P ■ EF, (62)

где X - потребление протеина;

N = 0,16 (кг N/ кг протеина ) - доля азота в протеине; P - общая численность населения;

EF = 0,01 (кг (N2O- N)/кг N) - коэффициент выбросов. Входные данные: X (кг), Р (тыс.). Выходные данные:

QN2O-чел. (тыс. т).

Примечание. Годовое потребление протеина на душу населения и численность населения принимаются в расчетах согласно данным Госстата Украины.

7. Заключение

1. Рассматриваемые алгоритмы ориентированы на действующую в Украине национальную систему оценки антропогенных выбросов и поглощения ПГ, а также подготовку кадастров ПГ в соответствии с нормативными документами Украины, регламентирующими подготовку национальных сообщений.

2. Предлагаемые алгоритмы являются формализованным описанием вычислительных схем определения величин выбросов метана и закиси азота, причем:

- расчет величин выбросов метана от полигонов ТБО и промышленных СВ осуществляется соответственно по формулам (3) и (23);

- расчет величин выбросов закиси азота при обработке промышленных СВ осуществляется по формуле (37);

- расчет величин выбросов метана при обработке хозяйственно-бытовых СВ и жизнедеятельности населения осуществляется соответственно по формулам (61) и (62).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Исследования газообразования на наиболее крупных полигонах ТБО и переход на трехкомпо-нентную национальную модель расчетов выбросов ПГ от свалок ТБО в Украине / Институт технической теплофизики НАН Украины. - К., 2012 - 82 с. - № ГР 0112U001577.

2. Исследования выбросов метана и закиси азота при обработке сточных вод и разработка методики определения национальных коэффициентов / Институт технической теплофизики НАН Украины. - К., 2012 - 91 с. - № ГР 0112U001578.

3. Revised IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: 3 Volumes // IPCC. - 1996. -Vol. 2: Greenhouse Gas Inventory: Workbook.

4. IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: 5 Volumes / [TFI IPCC]; edited by H.S. Eggleston, L. Buendia, K. Miwa, T. Ngara, K. Tanabe. - Hayama: IGES, 2006. - 2006. - Vol. 5: Waste.

5. Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. - М.: Стройиздат, 1978. - 590 с.

6. Васильченко В.В. Украина и глобальный парниковый эффект / В.В. Васильченко, М.В. Рапцун // Источники и поглотители парниковых газов. - Киев, 1997.

7. Матвеев Ю.Б. Результаты исследований потенциала газообразования на украинских полигонах ТБО: материалы 5-й Международной конференция «Сотрудничество для решения проблемы отходов» / Ю.Б. Матвеев, А.Ю. Пухнюк. - Х.: ЭкоИнформ, 2008. - С. 183 - 185.

Стаття над1йшла до редакцп 18.02.2014