Расчет количественных характеристик выбросов газообразных загрязняющих веществ, входящих в состав биогаза, в атмосферу от проектируемого полигона ТБО г. Сорочинска Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Расчет количественных характеристик выбросов газообразных загрязняющих веществ, входящих в состав биогаза, в атмосферу от проектируемого полигона ТБО г. Сорочинска Туктарова Ю. Ю.1, Евстифеева Т. А.2

1Туктарова Юлия Юрьевна / ТиЫагоуа УыНуа Уиг'еша - магистрант, специальность: промышленная экология, геолого-географический факультет;

2Евстифеева Татьяна Александровна /Evstifeeva Tat'yana Aleksandrovna - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, кафедра техносферной безопасности, Оренбургский государственный университет, г. Оренбург

Аннотация: в статье рассматриваются основные источники загрязнения атмосферы полигона ТБО, рассчитываются выбросы компонентов биогаза и его примерный состав на полигоне ТБО города Сорочинска, чтобы обеспечить экологическую безопасность полигона по захоронению ТБО. Ключевые слова: полигон ТБО, биогаз, атмосфера.

Основной целью проектирования полигона ТБО является защита окружающей среды от загрязнения продуктами разложения мусора при максимально экономном использовании отведённых для складирования площадей.

Существующими источниками загрязнения атмосферы полигона ТБО являются выбросы от мусоровозов и специальной техники, работающей на полигоне, дизельной подстанции, а также выбросы компонентов биогаза при анаэробном разложении органической составляющей отходов [3].

В процессе исследования были рассчитаны выбросы газообразных веществ, загрязняющих атмосферу, входящих в состав биогаза, с целью определения условий стабилизированного процесса разложения при максимальном выходе биогаза.

Продолжительность строительства проектируемого объекта определена по СНиП 1.04.-03-85* часть 1 «Нормы продолжительности строительства и задела в строительстве предприятий, зданий и сооружений» [1] и составляет 9 месяцев, в том числе 2 месяца подготовительный период.

Источниками выбросов в атмосферу в период строительства являются:

1 - неорганизованный (выбросы биогаза существующей свалки);

2 -неорганизованный (внутренний проезд и разгрузка мусоровозов, работа бульдозера на свалке);

3 - неорганизованный (выемка грунта экскаватором);

4 - неорганизованный (перемещение грунта);

5 - неорганизованный (внутренний проезд автотранспорта и спец. техники);

6 - неорганизованный (строительные работы).

В период строительства будут выделяться 19 загрязняющих веществ в атмосферу, из них 5 твердых и 14 жидких/газообразных.

В атмосферный воздух от предприятия выделяются загрязняющие вещества с общим валовым выбросом 195,3328532 т/год.

Основным источником выбросов загрязняющих веществ в атмосферу является участок складирования твердых бытовых отходов.

Расчет выбросов газообразных загрязняющих атмосферу веществ, входящих в состав биогаза, производился по «Методическим указаниям по расчету количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов ТБО» [2].

Биогаз - это горючая газовая смесь, состоящая из 50-70 % метана (СН4), которая образуется из органических соединений в процессе микробиологического анаэробного процесса. Также в состав биогаза входят 30^40 % углекислого газа (С02) и небольшие количества сероводорода (Н2S), аммиака С^Н3), водорода (Н2) и оксида углерода (СО).

Для выхода биогаза при метановом брожении использована формула 1: Qt2=10"6R(100-W)(0,92Ж+0,62У+0,34Б), (1)

где: О, - удельный выход биогаза за период активного выхода,кг/кг отходов;

W - средняя влажность отходов (47 %);

R - содержание органической составляющей в отходах, на сухую массу (70 %);

Ж - содержание жироподобных веществ в органике отходов (1 %);

У - содержание углеводопободных веществ в органике отходов (97 %);

Б - содержание белковых веществ в органике отходов (2 %).

Расчет выбросов биогаза ведется для условий стабилизированного процесса разложения при максимальном выходе биогаза (в период четвертой фазы - 20 лет).

Стабилизация процесса газовыделения наступает спустя, в среднем, два года после захоронения отходов.

Период активного выхода биогаза составляет в среднем двадцать лет. За это время генерируется около 80 % от общего количества биогаза, получаемого с одной тонны отходов.

Количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне отходов, можно определить по формуле 2:

р _ 800°2 кг/т отходов в год, (2)

0, 2

где: ^2 - удельный выход биогаза, кг/кг отходов (1); / - период стабилизированного активного выхода биогаза, год (20 лет); Руд = 800*0,229/20 = 0,916 кг/т. год.

Средняя плотность биогаза составляет обычно 0,95-0,98 плотности воздуха, т. е. при плотности воздуха 1,2928 кг/куб. м средняя плотность биогаза будет: 1,2928*0,965 = 1,24755 кг/куб. м.

Связь плотности биогаза, концентраций в нем компонентов и их весового процентного содержания определяются формулой 3:

104 С,

свк, _-L %, (3)

' Рбг ,

где: С, - концентрация ьтого компонента в биогазе, мг/куб. м.

Таблица 1. Весовое процентное содержание компонентов в биогазе

Компонент Свесл, %

Метан 52,915

Толуол 0,723

Аммиак 0,533

Ксилол 0,443

Углерода оксид 0,252

Азота диоксид 0,111

Формальдегид 0,096

Этилбензол 0,095

Ангидрид сернистый 0,070

Сероводород 0,026

Рассчитав удельный годовой выход биогаза по формуле (2) и весовое процентное содержание компонентов в биогазе по формуле (3), можно определить удельные массы компонентов, выбрасываемые в год, по формуле 4:

С Р

Р,,л , — - кг/т. отходов в год (4)

^ 100 ()

Таблица 2. Удельные массы компонентов биогаза, выбрасываемые за год

Компонент Руд. i кг/т отходов в год

Метан 4,504019

Толуол 0,061540

Аммиак 0,045368

Ксилол 0,037707

Углерода оксид 0,021450

Азота диоксид 0,009448

Формальдегид 0,008171

Этилбензол 0,008086

Ангидрид сернистый 0,005958

Сероводород 0,002213

Максимальные разовые выбросы /'-го компонента биогаза с полигона определяются по формуле:

1 У Р уд-2С „- 3 Р уд.^О М сум =-—-* 1 0 3 = ——-,г/с (5)

Ттепл . * 2 4 * 3 6 0 0 8 6,4 * Т тепл. ' у '

где: Мi = 0,01СвесАМсум (5а) где: " . количество активных стабильно генерирующих биогаз отходов, т;

Ттепл. - продолжительность теплого периода года в районе полигона ТБО и ПО, в днях;

Свес. i - определяется по таблице 1.

Биогаз образуется неравномерно в зависимости от времени года. При отрицательных температурах процесс «мезофильного сбраживания» (до 55° С) органической части ТБО и ПО прекращается, происходит т. н. «законсервирование» до наступления более теплого периода года мес > 0°С).

Приведенная формула (5) справедлива для случая обследования полигона и отбора проб биогаза в теплое время года ^ ср. мес > 8°С). При обследовании в более холодное время года (0 < t ср. мес. < 8°С), что нецелесообразно хотя бы из-за дополнительных погрешностей измерений, в формуле следует применять повышающий коэффициент неравномерности образования биогаза 1,3.

С учетом коэффициента неравномерности валовые выбросы /-го загрязняющего вещества с полигона определяются по формуле 6:

„ , , / а* 3 6 5 * 2 4 * 3 6 0 0 , в * 3 6 5 * 2 4 * 3 6 0 0 \ „„-л т , ч ^ч

С сум = М сум (-—-+-5*24*-) * 1 0 6 , Т / год (6)

О/ = 0,01Свесл^сум (6а)

Примечание: a и Ь в формуле (6) соответственно периоды теплого и холодного времени года в месяцах (а при t ср.мес. > 8°С; при 0 < tcр.мес < 8°С).

Примерный состав биогаза, образующегося на полигоне ТБО, и результаты расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Примерный состав биогаза образующегося на полигоне ТБО и результаты расчетов

Код Наименование вещества Класс опасности ПДК м.р/ ОБУВ, мг/м3 Выброс вещества

г/с т/год

0301 Азота диоксид 3 0,2 0,0105867 0,392286

0303 Аммиак 4 0,2 0,050835 1,883681

0330 Ангидрид сернистый 3 0,5 0,0066763 0,247388

0333 Сероводород 2 0,008 0,0024798 0,091887

0337 Углерода оксид 4 5,0 0,0240346 0,890596

0410 Метан 4 5,0 5,0467802 187,0074

0616 Ксилол 3 0,2 0,0422512 1,565611

0621 Толуол 3 0,6 0,0689563 2,555162

0627 Этиленбензол 3 0,02 0,0090606 0,33574

1325 Формальдегид 2 0,035 0,009156 0,339275

Таким образом, расчет максимального количества образующегося биогаза в условиях стабилизированного процесса разложения является важным этапом в направлении выбора мероприятий по обеспечению экологической безопасности полигонов по захоронению ТБО.

Литература

1. «СНиП 1.04.03-85*. Нормы продолжительности строительства и задела в строительстве предприятий, зданий и сооружений» (утв. Постановлением Госстроя СССР и Госплана СССР от 17.04.1985 N 51/90) (ред. от 17.07.1989).

2. Методические указания по расчету количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов. Москва, 2004 г.

3. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Санкт-Петербург, 2012 г.

4. Санитарные правила СП 2.1.7.1038-01 «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов» (утв. Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 30 мая 2001 г. № 16).