CC BY
95
Анализ условий образования биогаза на полигоне по захоронению твердых отходов потребления
В. И. Беспалов, Р. Г. Адамян В настоящее время отходы являются источником поступления вредных химических, биологических и биохимических веществ в окружающую среду [1,2,3]. При решении задач, связанных с размещением и эксплуатацией полигонов по захоронению твердых отходов потребления (ТОП), возникает ряд экологических проблем. К важнейшим из них относится выделение биогаза в окружающую среду с территории полигона ТОП [4,5,6,7], который образуется и выделяется после уплотнения ТОП на карте полигона [8,9] в толще свалочного тела (рисунок).
м, ч Расход образующегося биогаза на выходе с 60га площади
бди ТОО
ъ
59? Лпт * / %
г г г
500 * л . ч
1 1 N
160 1
0 , ....
Рис. - Расход образующегося биогаза
Биогаз образуется при анаэробном разложении органической составляющей отходов и на 98% состоит из метана и диоксида углерода, которые при выходе на поверхность загрязняют атмосферный воздух [10,11].
Расчет выбросов биогаза необходимо проводить для условий стабилизированного процесса разложения при максимальном выходе биогаза. Через два года, после захоронения ТОП генерируется около 80% общего количества биогаза, получаемого из каждой тонны отходов.
Зависимость удельного выхода биогаза за период его активной стабилизированной генерации, описываемая формулой:
о = 1,85Ро (1 -10)
' ^59 - Ш Л* ' (1)
V
13
3
где: йи - удельный выход биогаза, м /т отходов; к - постоянная разложения, равная отношению концентраций углерода и общего азота; ґ -продолжительность периода стабилизированного выхода биогаза (четвертая фаза), год; Ж - естественная относительная влажность отходов, %; О0 -масса образующегося активного органического углерода, приведенная к реальным климатическим условиям, г/т, определяемая по формуле:
Оо = 1,868-СакТ (0,014Т + 0,28), (2)
где: Сакт - концентрация активного органического углерода, г/т отходов; Т -относительная температура отходов в теле полигона, определяемая по формуле:
Т
Т„
—, (3)
ос
где: Тотх- температура отходов в теле полигона, °С, изменяется от 28 до 32 °С;
Тос - температура окружающей среды в расчетный период времени, °С.
Нами выявлено, что органическая составляющая отходов состоит из «пассивного» (негенерирующего) органического вещества и «активного» (генерирующего) органического вещества.
Выход биогаза при метановом брожении:
0 = 10-6 Д (100 - Ж)(0,92Ж + 0,62У + 0,34Б), (4)
где: 12- удельный выход биогаза за период его активного выхода, кг/кг
отходов; Ж- средняя влажность отходов, %; Я - содержание органической составляющей в отходах, на сухую массу, %; Ж - содержание жироподобных веществ в органике отходов, %; У - содержание углеводоподобных веществ в органике отходов, %; Б - содержание белковых веществ в органике отходов, %.
Количественный выход биогаза за год, можно определить по формуле: Руд = °т'1р6г, кг / т, (5)
V
3
где: йи - удельный выход биогаза, м /т отходов; рбг - плотность биогаза,
3
кг/м ; £ - период стабилизированного активного выхода биогаза, год.
Общее количество биогаза, определяется по формуле:
Ро6 = рб6Руд ^экспл - 2),
об ^о6 уд X экспл Ь (6)
где: Р{об - количество отходов, доставленных на полигон за период с начала эксплуатации полигона до момента расчета, за исключением количества отходов, доставленных за последние два года, т; 1экспл - время эксплуатации полигона, год.
Плотность биогаза определяется по закону аддитивности:
Р6г = -----------------------------------------------------------------------------------------------, кг / м, (7)
6г 100 к 4
где: Свн/ - содержание /-того компонента в биогазе, весовые %; рг - плотность /-того компонента биогаза, кг/м3; п - количество компонентов в биогазе.
Взаимосвязь плотности биогаза, концентрации в нем /-того компонента и его процентного содержания определяется формулой:
10-4 С, 0/
С„, =-------L >%> (8)
' Рбг
3
где: С/ - концентрация /-того компонента в биогазе, мг/м .
Удельная масса метана, выбрасываемого в год, по формуле:
С Р
Рудг = вн' уд ,кг / т. (9)
^.^ 100 к ;
На основе известного количества отходов [12], завозимого ежегодно на
полигон, и удельной массы метана, определенной по формуле (8), можно
определить для территории полигона максимально разовый выброс метана по
формуле:
Р IР
Удг., У
Рмр.' = 31536 , г/ с (10)
где: Р) - количество отходов, завезенных в j-тый год, т; 1экспл -
продолжительность эксплуатации полигона со времени открытия до момента расчета.
Таким образом, расчет количества образующегося биогаза является важным этапом в направлении выбора мероприятий по обеспечению экологической безопасности полигонов по захоронению ТОП.
Литература
1.- В.В. Петров, А.Ю. Гусева, Н.В. Гусакова, Д.М. Воробьев Обеспечение функционирования городской системы экологического мониторинга данных по обращению с отходами производства и потребления в г. Таганроге [электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона» 2012, № 4 (часть 2), -Режим доступа: http ://ivdon.ru/magazi n e/archive/n4p2y2012/1350
2.- Jinglan Hong, Xiangzhi Li, Cui Zhaojie Life cycle assessment of four municipal solid waste management scenarios in China [article]// Waste Management, Volume 30, Issue 11, November 2010, Pages 2362-2369
3.- M.D. Bovea, V. Ibanez-Fores, A. Gallardo, F.J. Colomer-Mendoza Environmental assessment of alternative municipal solid waste management strategies. A Spanish case study [article]// Waste Management, Volume 30, Issue
11, November 2010, Pages 2383-2395
4.- Беспалов В.И., Адамян Р.Г. Задачи выбора территории для полигонов по захоронению ТБО в условиях г. Еревана Республики Армения [Текст] // Журнал «Научное обозрение»; №2, Москва; 2013; С. 158-161, , ISSN 18158991
5.- Беспалов В.И., Адамян Р.Г. Классификация критериев выбора территории для размещения полигонов по захоронению твердых отходов потребления в условиях республики Армения [Текст] // Журнал «Eastern-European Scientific
Journal», № 2, , 2013г., С. 200-205, Дюссельдорф, Германия, ISBN 978-3942932-45-5
6.- Беспалов В.И., Парамонова О.Н. Физическая модель процесса загрязнения окружающей среды твердыми отходами потребления [электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона» 2012, №4 (часть 1) Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/1118
7.- Адамян Р.Г. Анализ экологических особенностей воздействия полигонов твердых отходов потребления на окружающую среду [Текст]// XVI Международная межвузовская научно-практическая конференция «Строительство-формирование среды жизнедеятельности», 2013 г., МГСУ, Москва
8.- Адамян Р.Г. Анализ основных характеристик технологии захоронения твердых отходов потребления на полигонах в условиях республики Армения [Текст]// Международная заочная научно-практическая конференция «Наука и образование в XXI веке» 2013 г., г.Москва
9.- Адамян Р.Г Анализ экологических особенностей технологии захоронения твердых отходов потребления в условиях Армении [Текст]// III Международная научно-практическая конференция «Современная школа России: вопросы модернизации» 1-4 марта 2013 г., Москва -С.10-14.
10.- 4.- В. Баадер, Е. Доне Биогаз: теория и практика, С. 184, 1982г., Издат.: М., «Колос»
11.- Беспалов В.И., Адамян Р.Г. Оценка условий размещения полигонов по захоронению твердых отходов потребления (ТОП), Журнал «European Applied Sciences» ORT Publishing, 2013 г., Германия
12.- Беспалов В.И., Адамян Р.Г. Сопоставление условий г.Еревана и его прилегающие зоны с оптимальными для захоронение отходов [Текст]// Журнал «Известия» Ереванского Государственного Университета Архитектуры и Строительства , № 6, Ереван, 2012, С. 102-105, ISSN 18290841
