CC BY
70
3. Pogrebenkov V.M., Sedelnikov M.B. Keramicheskie pigmenty na osnove tseolitov. //Steklo і keramika. - 1997. №2. S. 14-15.
4. Pavlov V.F. Fiziko-khimicheskie osnovy obzhiga izdelij stroitelnoj keramiki. - М.: Strojizdat. 1975.240 s.
Кара-Сал Борис Комбуй-оолович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Промышленное и гражданское строительство», Тувинский государственный университет, г. Кызыл, E-mail: [email protected]
Куулар Лодой Эртинеевич - аспирант, Тувинский государственный университет, г. Кызыл, E-mail: [email protected]
Kara-Sal Boris - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department "Industrial and civil construction" of the Tuvin State University and the Tuvin Institute of Complex Natural Resources of the Russian Academy of Sciences, Kyzyl, E-mail: carasal.bor@yandex. ru
Kuular Lodoy - postgraduate studentof the Tuvin State University, Kyzyl, E-mail: [email protected]
УДК 628.4.004.82
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
КысыыдакА.С., СалчакА.Д.
Тувинский государственный университет, Кызыл Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, Санкт-Петербург
ENERGY POTENTIAL OF THE LANDFILL POLYGONS
KysyydakA.S., SalchakA.D.
Tuvan State University, Kyzyl St. Petersburg State University of Architecture and Construction
Рассмотрены основные направления исследований по совершенствованию строительства полигонов твердых бытовых отходов как природоохранных и энергоэффективных объектов. Приведены данные анализа источников ведущих ученых в данном направлении и примерные расчеты. Особое внимание уделено получению энергии с полигона ТБО как стабильного источника получения альтернативного топлива.
Ключевые слова: полигон твердых бытовых отходов, биогаз.
The main directions of research to improve the construction of solid waste landfills as environmental and energy efficient buildings. The data analysis of the sources of the leading scientists in this field, and sample calculations. Particular attention is paid to the generation of energy from landfill as a stable source of an altemativefuel.
Keywords: landfill polygon and biogas.
Неотъемлемым звеном функционирования населенных пунктов является образование отходов жизнедеятельности. Поэтому безопасное обезвреживание отходов становится одной из важнейших проблем современного общества, от решения которой зависит здоровье людей и экология природной среды, решение вопросов вторичного использования материальных ресурсов и энергосбережения.
На сегодняшний день очевидно, что полигонная технология захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) преобладает в структуре методов обезвреживания отходов, прежде всего, с экономической точки зрения. Поэтому актуальной является проблема разработки современных экологически безопасных и экономичных технологий, не требующих больших капитальных затрат при проектировании, строительстве и эксплуатации полигонов по обезвреживанию твердых бытовых отходов.
Ежегодно на территории Республики Тыва образуется около 6,8 млн. тонн отходов, из них 6 млн. 798 тыс. жидких (95,5%) и 27 тыс. 723 тонны (0,5%) твердых промышленных и бытовых отходов.
По данным инвентаризации мест размещения отходов, на территории республики образовалось 278 тыс. 914 тонн твердых отходов, которые размещаются в 158 необустроенных местах захоронения и хранения отходов на общей площади 3409,8 га.
Отходы, как промышленные, так и бытовые, являются значительными источниками сырьевых ресурсов. Утилизация отходов, переработка вторичного сырья могут дать существенную экономию природных ресурсов, энергии и, как следствие, бюджетных средств.
Около 20% объема твердых бытовых отходов составляют упаковочные отходы, представляющие собой ценное вторичное сырье, которое после сортировки и последующей переработки может быть снова вовлечено в хозяйственный оборот в виде товаров народного потребления.
Необходимость энергосбережения и снижения загрязнения окружающей среды заставляет искать альтернативные (недорогие) источники энергии, к которым можно отнести твердые бытовые отходы. Во многих городах мира практикуется получение энергии из бытовых отходов как альтернативного топлива вместо природных ресурсов: строят специальные заводы по переработке твердых бытовых отходов (ТБО) и полигоны ТБО с мусоросортировочным пунктом.
Полигоны ТБО - комплексы природоохранных сооружений, предназначенные для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения ТБО, предотвращают попадание вредных веществ в окружающую среду, загрязнение атмосферы, грунта, поверхностных и грунтовых вод, препятствуют распространению грызунов, насекомых и болезнетворных организмов. Обеспечение экологической безопасности таких сооружений является основным условием при их эксплуатации.
На полигонах ТБО протекают процессы биохимического распада органических составляющих захороненных отходов. В результате на протяжении эксплуатации полигона не только теряется энергия, которую можно было бы
использовать для собственных нужд полигона ТБО, но и создается опасность для окружающей среды. Основной негативный фактор-газ свалок, его высокая пожарная опасность: при взаимодействии газа с воздухом создаются горючие и взрывоопасные смеси, приводящие к самовозгоранию свалочных отложений. Поэтому утилизация биогаза бытовых отходов приобретает важнейшее значение для снижения эмиссии метана.
В среднем при разложении одной тонны твердых бытовых отходов может образовываться 100-400 м3 биогаза. В зависимости от содержания метана низшая теплота сгорания свалочного биогаза составляет 18-24 МДж/м3(примерно половину теплотворной способности природного газа), поэтому полигон ТБО можно рассматривать как стабильный источник получения альтернативного топлива. Образование биогаза с полигона ТБО в зависимости от объема свалочных масс может составлять от нескольких десятков л/с (малые полигоны) до нескольких м3/с (крупные полигоны) [1].
Использование биогаза полигона ТБО для энергетики страны имеет решающее значение и пренебрегать этим источником не следует, как правило, по экологическим и экономическим соображениям, что подтверждается опытом ряда государств. В ЕС принята Директива, в которой установлено требование сбора и утилизации свалочного газа со всех свалок, где были захоронены биологически разлагающиеся отходы, для минимизации вредных воздействий на окружающую среду и здоровье человека. Образующийся на свалках биогаз с начала 80-х гг. интенсивно добывается во многих странах [2]. В настоящее время общее количество используемого биогаза составляет примерно 1,2 млрд. м3/год, что эквивалентно 429 тыс. т метана, или 1 % его глобальной эмиссии [1].
С полигона ТБО размерами 100x100 м и глубиной 20 м объем собираемого газа составляет 55-60 м3/ч. При расходе газа 55 м3/ч когенератор способен вырабатывать 100 кВт электроэнергии и 168 кВт тепловой энергии. Электроэнергия может использоваться для нужд административных и вспомогательных зданий полигона ТБО, а тепловая энергия в виде горячей воды может поступаь на отопление помещений.
При расчете проектируемой вместимости учитываются годовая удельная норма накопления ТБО с учетом жилых зданий и непромышленных объектов, количество обслуживаемого населения 150-200тыс. чел. (на примере г. Кызыла), высота складирования отходов. На основании расчетов на новом полигоне объемом 1275411,25м3 можно уложить 1635411,25м3 (т.е. фактическая вместимость) отходов за 20 лет эксплуатации. Для разделения слоев отходов требуется 261665м3 шлака. За годы эксплуатации полигона можно сэкономить 6279979,2 руб.
Таким образом, объем ТБО составит 1635411-261665 = 1373746м3 уплотненных отходов.
Общая площадь участка складирования составляет 10 га, она разбивается на очереди эксплуатации (карты заполнения). В каждой очереди укладывается 9 слоев толщи ТБО (2м ТБО и 0,25м шлака).
Общая высота уложенных отходов составит 2x9+0,25x8=18+2=20 м.
При закрытии заполненного полигона ТБО выполняется наращивание высоты захоронения до 21,5м за счет сооружения изолирующего слоя поверхности полигона и укладки почвенно-растительного слоя.
Основные формулы для расчета основных показателей полигона ТБО [3].
1. Расчет проектируемой вместимости полигона ТБО.
Е _ (Уд + У2) (н1 +н2) т К2 т 2 2 Кх’
где У\ и У2 - удельные годовые нормы накопления ТБО по объему на первый и последний годы эксплуатации, м3/чел.год;
Н1'аН2 - количество обслуживаемого населения на первый и последний годы эксплуатации, чел.;
Т - расчетный срок эксплуатации полигона, год;
Кг - коэффициент, учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона на весь срок Т;
К2 - коэффициент, учитывающий объем наружных изолирующих слоев грунта (промежуточный и окончательный).
2. Расчет требуемой площади земельного участка полигона.
ф = 1 1 ф + (1>
1 ->1 ‘ у.с- ' доп э
где 1,1 - коэффициент, учитывающий полосу вокруг участка
складирования;
Фдоп - площадь участка хозяйственной зоны.
3. Расчет фактической вместимости полигона ТБО.
ЕФ=\(С, +С2 +^С,С2)Н,
где С] и С2 - площади основания и верхней площадки, м2;
Н - высота полигона ТБО.
4. Потребность в сыпучем материале (песке или шлаке) для разделяющего отходы слоя.
Вг = Еф (1 - 1/К2 )
Формулы для прогнозирования образующегося количества биогаза на полигонах ТБО [4]:
Расчет удельного количества биогаза на полигонах ТБО
Ое= 1,868 С (0,014 Т+0,28), м3А
где - удельное количество газа свалок, м3/г. образованное к моменту времени V, С - доля органического углерода в захороненных отходах; Т-температура ,°С.
Скорость деструкции органических веществ.
Я = (1-10"к‘), 1/год,
где к - константа распада; I - время с момента захоронения, годы.
Годовое количество биогаза на полигонах ТБО г. Кызыла 189,22 м3/год
(}е= 1,868С(0,014 Т+0,28)( 1-10к‘), м3^од
Запас биогаза, получение которого может быть реализовано в течение 15 лет разложения биомассы старой свалки г. Кызыла на тонну отходов на полигоне ТБО г. Кызыла за 26 лет эксплуатации составляет 215,754 м3/т.
При правильной организации процесса сбора биогаза он на 50-60% состоит из метана. Если принять, что из тонны бытовых отходов получается 100-400 м3 биогаза за 10-20 лет, то на новом полигоне ТБО при вместимости 1635411,25м3 можно получить 58874805м3 биогаза, стоимость которого в настоящее время составляет около 180 руб/м3. Таким образом, очевидны экономические выгоды от использования вторичного энергоресурса.
Свалочный биогаз в настоящее время в России практически не используется. В рамках российско-голландского проекта в период с 1995 по 1997 г.г. на полигонах "Дашковка" и "Каргашино", расположенных на территории Московской области, были построены две пилотные установки по добыче и утилизации биогаза. Полученные результаты показывают, что на среднем полигоне Московской области образуется до 600-800 м3/ч биогаза, что позволяет вырабатывать электроэнергию в размере 3500-4400 МВтч/год. Техникоэкономические расчеты, выполненные на основе опытных данных, подтвердили эффективность добычи свалочного метана в России, где могут быть осуществлены сотни экономически выгодных проектов [5].
В Санкт-Петербурге ежегодно образуется около 5 млн. кубометров твердых бытовых отходов, из которых около 80% захоранивается на трех действующих полигонах ТБО. Наиболее предпочтительным для утилизации биогаза является полигон ПТО-1 "Волхонский", один из крупнейших в России. На этом полигоне преимущественно захораниваются бытовые отходы, его объем практически исчерпан, планируется проведение рекультивационных работ, которые можно совместить с созданием системы биогаза. Расчеты показали, что ожидаемой эмиссии метана будет достаточно для работы тепловой электростанции мощностью 2000 кВт в течение 20-25 лет. Кроме того, на территории Ленинградской области имеется 55 организованных свалок, где ежегодно размещается около 1 млн. м3 твердых бытовых отходов. Несмотря на сравнительно небольшие объемы захоронения отходов, получение биогаза на ряде свалок может оказаться рентабельным из-за высокой стоимости топлива [6].
Изложенное позволяет сделать вывод о том, что использование биогаза, полученного из газодренажных систем современного полигона ТБО, может быть одним из потенциальных решений энергосберегающих задач.
Представленные материалы являются основой для дальнейшего исследования биогазового потенциала полигонов ТБО и возможности совершенствования технологии возведения природоохранных объектов-полигонов для складирования твердых бытовых отходов.
Библиографический список
1.Масликов В.И. Энергетическое использование биогаза полигонов твердых бытовых отходов // Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы». - 2009. №
2.
2.Горбатюк О.В., Лифшиц А.Б., Минько О.И. Утилизация биогаза полигонов твердых отходов. Проблемы больших городов // Обзорная инф. МГЦНТИ. - М., 1988. 18 с.
3.Инструкция по проектированию и эксплуатации полигонов для твердых бытовых отходов. Мин-во ЖКХ РСФСР. АКХ им. Памфилова К. Д. - М.: Стройиздат, 1983. 39 с.
4.Мариненко Е.Е., Беляева Ю.Л., Комина Г.П. Тенденции развития систем сбора и обработки дренажных вод и метаносодержащего газа на полигонах твердых бытовых отходов: Отечественный и зарубежный опыт. СПб.: Недра, 2001. 159 с.
5.Лифшиц А.Б., Гурвич В.И. Утилизация свалочного биогаза - мировая практика, российские перспективы // Чистый город. - 1999. № 2. С.8-17.
6. Обоснование комплексных энергетических технологий на полигонах твердых бытовых отходов / Елистратов В.В, Кубышкин Л.П., Масликов В.П., Покровская Е.Р. // Энергетическая политика. Вып. 3,2001. С. 38-4.
Bibliograflcheskij sрisok
1. Maslikov V.I. Energeticheskoe ispolzovanie biogaza poligonov tverdykh bytovykh otkhodov // Elektronnyj zhumal energoservisnoj kompanii "Ekologicheskie sistemy". - 2009. № 2.
2. Gorbatyuk O.V., Lifshits A.B., minko O.I. Utilizatsiya biogaza poligonov tverdykh otkhodov. Problemy bolshikh gorodov // Obzomaya inf. MGTSNTI. - М., 1988. 18 s.
3. Instruktsiya po proektirovaniyu i ekspluatatsii poligonov dlya tverdykh bytovykh otkhodov. Min-vo ZHKKH RSFSR. AKKH im. Pamfilova K.D. - М.: Strojizdat, 1983. 39 s.
4. Marinenko E.E., Belyaeva Yu.L., Komina G.P. Tendentsii razvitiya sistem sbora i obrabotki drenazhnykh vod i metanosoderzhaschego gaza na poligonakh tverdykh bytovykh otkhodov: Otechestvennyj i zarubezhnyj opyt. Spb.: Nedra, 2001. 159 s.
5. Lifshits A.B., Gurvich V.I. Utilizatsiya svalochnogo biogaza - mirovaya praktika, rossijskie perspektivy // Chistyj gorod. - 1999. № 2. s.8-17.
6. Obosnovanie kompleksnykh energeticheskikh tekhnologij na poligonakh tverdykh bytovykh otkhodov / Elistratov V.V, Kubyshkin L.I., Maslikov V.I., Pokrovskaya E.R. // Energeticheskaya politika. Vyp. 3,2001. s. 38-4.
Кысыыдак Алена Санчайевна - кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой "Общеинженерные дисциплины" Тувинского государственного университета, г. Кызыл, E-mail: [email protected]
Kysyydak Alaina - candidate of technical sciences, professor, head of the "engineering disciplines", Tuvan State University, Kyzyl, E-mail: [email protected]
Салчак Айдыс Дондукович - аспирант Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета, г. Санкт-Петербург, E-mail: [email protected]
Saleh ak Aydys - graduate student of the St. Petersburg State University of Architecture and Construction, E-mail: [email protected]
