CC BY
69
благоприятная среда жизнедеятельности человека
К вопросу о методе оценки воздействия биогаза полигонов ТБО
Т.А. Алешина
МГСУ
Полигоны оказывают существенное влияние на экологическое состояние окружающей среды за счет непрерывного поступления компонентов, присутствующих в захораниваемых твердых бытовых отходах (ТБО). Так, в 2006 году в г. Москве образовано более 25,95 млн тонн отходов, что почти на 4,0 млн тонн больше, чем в 2005 году. Средний прирост объемов образования отходов производства и потребления на протяжении 15 лет составляет 3-4 %, а в последние 3 года прирост составляет 10-15% за счет увеличения объемов образования строительных отходов.
В Российской Федерации более 80% свалок сформировалось более 30 лет назад. На настоящий момент многие свалки переполнены, и проблема размещения отходов стоит особенно остро. Особенность складирования ТБО — отсутствие их специализации. Так, на свалку бытовых отходов вывозят производственные отходы близлежащих предприятий, строительный мусор, вышедшее из употребления производственное оборудование, медицинские отходы и т.д. На этих территориях с течением времени формируются природно-техногенные системы.
Особенности функционирования систем ПТС на полигоне могут быть выявлены в процессе жизненного цикла. Анализ жизненного цикла работы полигона может выполняться с помощью математического моделирования, что позволяет прогнозировать интенсивность и направленность возможных негативных воздействий и оценивать их ущерб.
В жизненном цикле полигона могут быть выделены две фазы: первая — активная фаза; вторая — пассивная. Активная фаза включает период строительства, эксплуатации и рекультивации полигона. Ее длительность определяется проектом и может составлять от 20-30 лет.
Пассивная фаза проектирования полигона начинается с момента выбора площадки под полигон, выполнения инженерных изысканий, обоснования ее пригодности для размещения объекта и предварительной оценки воздействия на окружающую среду. Второй этап пассивной фазы наступает после закрытия полигона и длится до тех пор, пока негативные воздействия не будут превышать фоновых значений. Длительность этого периода зависит от морфологического состава отходов и оценивается от 50 до 100 лет. За это время биохимические процессы разложения органической составляющей отходов заканчиваются, и достигается полная минерализация техногенных грунтов.
Окружающая среда подвергается негативному воздействию складированных отходов на протяжении всего срока эксплуатации полигона: во время активной и пассивной фазы проектирования. Нега-
тивное воздействие полигонов на окружающую среду проявляется в выделении биогаза, образовании фильтрата и техногенных грунтов.
В соответствии с законом РФ «Об охране окружающей среды» предусматривается учет экологических требований при проектировании, строительстве, реконструкции строительных объектов, которые должны соответствовать требованиям санитарно-эпидемиологического и природоохранного законодательства РФ. Для предупреждения возможной деградации окружающей среды, обеспечения экологической стабильности территории района строительства выполняется оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС). Оценка воздействия на окружающую среду предназначена для выявления характера негативного влияния полигона, интенсивности поступления, степени опасности образующихся загрязняющих веществ, их количество, класс опасности. Прогноз выделения вредных веществ на полигонах ТБО, выполняемый с помощью математического моделирования, позволяет сделать экологическую и экономическую оценку воздействия.
Количественный и качественный состав биогаза зависит от ряда факторов: от климатических и геологических условий места расположения полигона, морфологического и химического состава отходов, условий складирования, влажности отходов, их плотности.
Основным компонентом, входящим в состав биогаза, является метан (СН4), являющийся парниковым газом, поэтому эмиссии с полигонов способствуют росту концентраций основного углеводорода атмосферы.
Поскольку метан обладает взрыво- и пожароопасными свойствами и токсичным эффектом, близлежащие к полигону территории характеризуются как потенциально экологически неблагополучные. В соответствии с международными стандартами (1РСС 1994) выброс в атмосферу 1 м3 метана по своему «парниковому эффекту» эквивалентен выбросу в атмосферу 24,5 м3 диоксида углерода.
Количество образующегося биогаза зависит от условий процесса разложения отходов. Характер функции выделения биогаза может быть представлен линейной зависимостью в соответствии с фазами разложения ТБО:
1. Аэробное разложение (до уплотнения отходов);
2. Анаэробное разложение без выделения метана (кислое брожение);
3. Анаэробное разложение с непостоянным выделением метана (смешанное брожение 180-500 дней);
4. Анаэробное разложение с постоянным выделением метана (10-30 лет);
благоприятная среда жизнедеятельности человека
5. Затухание анаэробных процессов (100 лет).
В начальный период процесс разложения ТБО носит характер окисления, происходящего в верхних слоях отходов. Затем по мере уплотнения отходов усиливается процесс образования биогаза. Если условия складирования не изменяются, процесс разложения стабилизируется с постоянным выделением биогаза, практически одного газового состава. По данным исследований Н.А.Абрамова, Гальперина А.М., Кудинова В.Н., Максимовой С.В., Erig H., Weber B. и др. наступление фазы активного метаногенеза оценивается в 2—5 лет от начала формирования аэробных условий. Тогда функция устойчивого образования биогаза может быть представлена следующей зависимостью (рис. 1 ).
Q, м3
1000
500
5 f, f, лет
Q — количество образующегося биогаза;
t — время эксплуатации полигона;
t1 — период окончания эксплуатации полигона.
Рисунок 1. Прогноз образования свалочного газа (по A.M. Гальперину и др.).
Прогноз образования биогаза может быть выполнен, согласно формуле (1.1):
Qt = Qe ■ (1 -e-kt ) ,
(1.1)
где О 1 — объем газа в настоящий момент tl (м3/т); О — объем газа на момент времени 1 = 0, (м3/т); к — постоянная реактивности или разложения (//год); 1 — время эксплуатации полигона.
После окончания аэробного периода функция выделения биогаза зависит от периода полураспада органической составляющей отходов. Зависимость может быть представлена таким образом:
Q = 1/2
t/t 50
(1.2)
деления количества биогаза на расчетный период времени автором приняты следующие предпосылки:
— расчет выбросов биогаза ведется при максимальном выходе биогаза в 4-й фазе анаэробного разложения с постоянным выделением метана;
— количество выделяемого биогаза прямо пропорционально массе отходов;
— количество биологической составляющей в морфологическом составе отходов постоянно в период эксплуатации полигона.
Приведенные предпосылки основаны на данных экспериментальных наблюдений ряда авторов. Анаэробный период характеризуется постоянным выделением метана, функция выделения биогаза близка к постоянной, мы принимаем, это значение равным 0,001 м3 в час на тонну отходов.
Предположим, что весь мусор, поступающий на полигон, разлагается с указанной выше скоростью. Определим экономический ущерб загрязнений атмосферного воздуха (У), причиняемый годовыми выбросами полигона, по формуле:
У = W-a-f-M,
(1.3.),
где V/ — 417, множитель по экономической оценке ущерба, руб./усл.т; а = 8 — показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха для пригородных зон; 1 — безразмерный коэффициент, учитывающий характер рассеивания примесей и легких мелкодисперсных частиц:
f = 100/(100+ф-Л)
(1.4.)
где ф — безразмерная поправка на подъем факела выброса,
ф = 1 + ДГ/75 °C,
(1.5.)
ДГ — среднегодовое значение температуры для Московской области. Процесс газообразования находится в прямой зависимости от температурного режима и снижается при 1 < 10 °С; И = 1м — высота источника выброса; М — приведенная масса годового выброса примесей т/год;
M = SA-M.
I I
(1.6.)
Если после начала периода аэробного затухания прошло п месяцев, то количество выделяемого биогаза пропорционально 1/2 1/1 50, где: 1 — период полураспада в месяцах, 1 — время эксплуатации полигона.
В разработанной математической модели опре-
Л. — показатель относительной агрессивности вещества, который указывается в соответствии с инструкцией по разделу «Охрана окружающей среды». Показатель относительной агрессивности вещества для метана равен 3,16, для углекислого газа 1. М. — масса годового выброса примеси.
Согласно действующему постановлению Прави-
2009
481
5
благоприятная среда жизнедеятельности человека
тельства РФ «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ» установлено взимание платы по каждому ингредиенту загрязняющегося вещества в пределах установленных допустимых нормативов выбросов и в пределах установленных лимитов выбросов (временно согласованных нормативов). Оплата производится в соответствии с учетом норматива ПДВ загрязняющего вещества.
Экономическая оценка природного комплекса на территориях близлежащих к полигонам захоронения отходов может производиться с помощью метода восстановительной стоимости. Оценка экосистем и природных комплексов методом восстановительной стоимости может проводиться двумя способами:
■ по суммарной величине восстановительной стоимости основных элементов природных комплексов, а именно почвенного слоя, растительности, фауны, редких видов животных и растений;
■ по стоимости воспроизводства совокупной биомассы конкретного биоценоза, рассчитанной через показатели восстановительной стоимости одного из структурных элементов экосистемы и в общем запасе углерода данного природного комплекса.
Стоимость экосистемы определяется условными затратами на производство в искусственных условиях всего органического вещества, продуцируемого экосистемой, через данные о стоимости воспроизводства только одного элемента, например, гумуса. Тогда восстановительная стоимость экосистемы может быть определена формулой:
С = С ■ Б ■ 1/Е, (1.7.)
где С — восстановительная стоимость экосистемы; С - стоимость искусственного воспроизводства гумуса (или растительного грунта); Б — запас гумуса в почве; Е — доля органического вещества
почвы в общем запасе углерода оцениваемой экосистемы.
Таким образом, предложенный расчет по прогнозу образования биогаза позволяет оценить экономический ущерб от воздействия агрессивных компонентов биогаза на воздушную среду с возможностью снижения его до необходимых нормативов при внедрении предварительной сортировки и ряда инженерных мероприятий на полигоне.
Список литературы
1. Бобылев С.Н., Ходжаев А.Ш. Экономика приро-
допользования. МГУ. Инфра-М, 2007.
2. Доклад о состоянии окружающей среды в г.
Москве в 2006 году.
3. Вайсман Я.И., Вайсман О.Я., Максимова С.В. Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов. П.:ПГТУ, 2003.
4. Гальперин А.М., Ферстер В., Х.-Ю. Шеф. Тех-
ногенные массивы и охрана окружающей среды. М.: МГГУ, 2001.
5. Огородникова Е.Н., Николаева С.К. Техногенные
грунты. М.: МГУ, 2004.
6. Постановление Правительства РФ от 12 июня 2003
г. №344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления».
7. СНиП 23-01-99 Строительная климатология.
8. Щербина Е.В. Методология анализа жизненного
цикла при проектировании полигонов твердых бытовых отходов. //Строительные материалы, оборудование,технологии XXI века. 11 (82), 2005.
9. Экология и промышленность России//Шубов Л.Я. Проблема муниципальных отходов и рациональные пути ее решения. Декабрь, 2005, с. 34-39.
