CC BY
369
Кирсанова А.Ю., Филиппова Т.М.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ «СВАЛОЧНОГО ГАЗА» НА ПОЛИГОНЕ ТБО Г. АНГАРСКА
В сравнении с современными достижениями в области альтернативной энергетики, разрабатываемыми и уже внедрёнными в мире, Россия отстаёт на десятки лет. Во многих странах работают сотни крупных и тысячи мелких предприятий, выпускающих синтетическое топливо и производящих теплоэнергетические ресурсы из всех видов органосодержащего сырья (их доля - от 20 до 80 % в общих объёмах потребления). Так, в Бразилии 5 млн. автомобилей полностью переведены на биотопливо, вырабатываемое из тростника. Экономическая эффективность от снижения импортных поставок топлива составляет 12,5 млрд. долл., при этом страна получила дополнительно 700 тыс. рабочих мест. Аналогичное производство за счет сжигания отходов в странах Западной Европы составляет 2,5 -5 %, а в Скандинавских странах из растительной биомассы вырабатывается до 20 % потребляемых ресурсов. В России же, кроме нескольких устаревших, либо 3-4 строящихся экономически малоэффективных мусоросжигательных заводов, ничего аналогичного нет, включая попытки перепрофилирования ряда гидролизных заводов на выпуск биоэтанола. И это всё, несмотря на десятки млн. тонн образующихся отходов в год на растущих свалках. Только сейчас на ряде предприятий подготовлен выпуск небольших установок по пиролизу и газификации автошин, отходов сельского хозяйства, деревообработки и угля, а вся переработка ТБО представляет собой в лучшем случае сортировку основных компонентов рециклин-га (металл, стекло, резина, пластик, целлюлоза) с захоронением до 60 % всей оставшейся части. Современные полигоны бытовых отходов
- сложные инженерные сооружения, на которых производится сортировка, а в отдельных случаях и утилизация наиболее ценных вторичных ресурсов, содержащихся в отходах. К ним относится и биогаз (устар. - "свалочный газ").
В мировой практике известны следующие способы утилизации биогаза:
- факельное сжигание, обеспечивающее устранение неприятных запахов и снижение пожароопасности на территории полигона
ТБО, при этом энергетический потенциал биогаза не используется в хозяйственных целях;
- прямое сжигание биогаза для производства тепловой энергии;
- использование биогаза в качестве топлива для газовых двигателей с целью получения электроэнергии и тепла;
- использование биогаза в качестве топлива для газовых турбин с целью получения электрической и тепловой энергии;
- доведение содержания метана в биогазе до 94 - 95 % (обогащение) с последующим его использованием в газовых сетях общего назначения.
Целесообразность применения того или иного способа утилизации биогаза зависит от конкретных условий хозяйственной деятельности на полигоне ТБО и определяется наличием платежеспособного потребителя энергоносителей, полученных на основе использования биогаза. В большинстве развитых стран этот процесс стимулируется государством с помощью специальных законов. Так, во многих странах ЕЭС и США существуют законы, обязывающие потребителей покупать альтернативную энергию. Мало того, нормативно определена стоимость такого вида энергии, которая, как правило, в 2 - 2,5 раза выше стоимости энергии произведенной на основе традиционных энергоносителей (природный газ, нефтепродукты и пр.). В России подобная нормативно-правовая база отсутствует. Следствием этого являются большие трудности, связанные со сбытом энергии, полученной из биогаза. Такое положение сдерживает широкое распространение технологии в России. В сложившихся условиях использование биогаза для удовлетворения нужд полигона ТБО или локального потребителя является наиболее реалистичным.
1. Воздействие полигона ТБО (г. Ангарск) на атмосферный воздух и характеристика источников выбросов загрязняющих веществ
Транспортировка отходов, их разгрузка, разравнивание и уплотнение приводят к выбросу пыли и газообразных веществ: оксидов
азота ЫО и ЫО2, оксида углерода СО, углеводородов СН, сернистого ангидрида 802 и сажи С.
В толще складированных на свалке твердых бытовых отходов под воздействием микрофлоры идет биотермический анаэробный процесс распада органических составляющих. Конечным продуктом этого процесса является биогаз, состоящий на 44 - 60 % из метана СН4 и на 55 - 33 % -диоксида углерода СО2. Наряду с названными основными компонентами, биогаз содержит: пары воды, аммиак ЫНз, оксид углерода СО, толуол СН3С(Н5, ксилолы С(Н4 (СН3)2, этилбензол С(Н5 С2Н5, фенол С(Н5ОН, сероводород Н2Б, оксиды азота Ы0Х. В зависимости от уровня эмиссии и степени разбавления воздухом биогаз может оказывать токсическое воздействие на живые организмы. Объектами воздействия являются: персонал, почва, флора и фауна в пределах области распространения загрязнителей. Воздействие загрязняющих веществ - прямое. Продолжительность и временная динамика воздействия - непрерывные в течение всего периода работы, а также в течение первых 20-30 лет после рекультивации. Характеристика загрязнителей приведена в таблице 1[9].
Таблица 1 - Класс опасности и ПДК веществ в зоне полигона ТБО (г. Ангарск)
Код Наименование вещества Класс опасности о С 1 & % 1 С
2902 Пыль 3 0,15 0,5 0,10
0304 Оксид азота 3 0,06 0,4 30
0301 Диоксид азота 2 0,04 0,085 2,0
0337 Оксид углерода 4 3,0 5,0 20,0
0330 Сернистый 3 0,05 0,5 10,0
0328 Сажа 3 0,05 0,15 3,5
2704 Углеводороды (по бензину) 4 1,5 5,0 300
0303 Аммиак 4 0,04 0,2 20
0621 Толуол 3 0,6 0,6 50,0
0616 Ксилол 3 0,2 0,2 50,0
0627 Этилбензол 3 0,02 0,02 1,0
0333 Сероводород 2 0,008 0,008 10,0
1071 Фенол 2 0,003 0,01 5,0
Морфологический состав твердых отходов, складируемых на полигонах и свалках по усредненным данным для Восточной Сибири, % (масс.) [1]:
- бумага, картон - 38,0
- дерево -1,5
- текстиль - 5,5
- кости -0,7
- цветные металлы - 0,5
- отсев менее 16 мм - 8,8
- пищевые отходы - 30,0
- кожа, резина - 1,3
- полимерные материалы - 5,5
- черный металл - 2,5
- камни, керамика - 1,4
- стекло -4,3
Плотность (насыпная масса) отходов со-
ставляет 0,2-0,3 т/м3 , влажность - в пределах 40-55 %, содержание органического вещества (сухой массы) - до 70 %.
В начальный период (около 1 года) процесс разложения отходов носит характер их окисления в верхних слоях за счет кислорода воздуха, содержащегося в пустотах и проникающего из атмосферы. Спустя год со времени закладки по мере естественного и механического уплотнения отходов и изолирования их грунтом, усиливаются анаэробные процессы с образованием биогаза, являющегося конечным продуктом биотермического анаэробного распада органических составляющих отходов под воздействием микрофлоры. Биогаз через толщу отходов и изолирующих слоев грунта выделяется в атмосферу. Если условия складирования не изменяются, процесс анаэробного разложения стабилизируется с постоянным по удельному объему выделением биогаза практически одного газового состава (при стабильности морфологического состава отходов).
Различают пять фаз процесса распада органической составляющей твердых отходов на полигонах[2]:
1. аэробное разложение;
2. анаэробное разложение без выделения метана (кислое брожение);
3. анаэробное разложение с непостоянным выделением метана (смешанное брожение);
4. анаэробное разложение с постоянным выделением метана;
5. затухание анаэробных процессов.
1-ая и 2-ая фазы протекают в начальные 10-15 дней с момента укладки отходов, продолжительность 3-ей фазы - от 180 до 500 дней, 4-ой -10-30 лет, если условия складирования не изменяются.
На количественную характеристику выбросов влияет большое количество факторов, среди которых:
- количество ввозимых ежегодно отходов;
- влажность отходов;
- мощность слоя складированных отходов;
- климатические условия;
- состав отходов;
- соотношение углерода и общего азота.
Любой полигон ТБО представляет собой большой биохимический реактор, в недрах которого в процессе эксплуатации, а также в течение нескольких десятилетий после закрытия в результате анаэробного разложения отходов растительного и животного происхождения образуется биогаз, представляющий собой смесь метана и углекислого газа в пропорции 3:1 соответственно. Биогаз неизбежно попадает в атмосферу, вызывая при этом ряд негативных последствий: отравление персонала, повышение взрывоопасности, самовозгорание ТБО. В последнее время особую актуальность приобретают парниковые свойства метана, 1 моль которого поглощает ИК - излучение со скоростью в 25 раз большей, чем диоксид углерода. Поэтому наличие системы сбора и утилизации биогаза является обязательным требованием при строительстве полигонов ТБО в большинстве развитых стран мира [3].
Расчет выбросов биогаза с полигона ТБО г. Ангарска выполнен для нормального режима его эксплуатации [2, 5].
а, =
1,85G0 (1-10-*)
59 - Ж 13
(1)
где Ql - удельный выход биогаза, м /т отходов;
во = 1,868 Сакт (0,014т7 + 0,28)
Сакт - активный органический углерод, г/т отходов;
Т- температура в теле полигона (изменяется в пределах 28 - 32 °С);
к- постоянная величина (отношение углерода к общему азоту: С/К);
^ продолжительность периода стабилизированного выхода биогаза, год;
Ж- естественная влажность отходов, %.
Qt2=10-6 • Я(100-Ж)(0,92Ж + 0,62У + 0,34Б) (2)
где Qtl - удельный выход биогаза за период
активного выхода, кг/кг отходов;
W - средняя влажность отходов, %;
Я - содержание органической составляющей в отходах (сух. массы), %;
Ж - содержание жироподобных веществ в органической части отходов, %;
У - содержание углеводоподобных веществ в органической части, %;
Б - содержание белковых веществ в органике отходов, %.
Ж, Я, Ж, У и Б - определяются по анализам отбираемых проб отходов.
Для определения удельного выхода биогаза на полигоне ТБО г. Ангарска использованы средние показатели для Восточной Сибири: Ж = 45 %; Я = 60%; Ж = 25%; У=15%; Б = 20 % [4].
Q22 =10-6 • 60 • (100-45) • (0,92 • 25 + 0,62• 15 +
+ 0,34 • 20)=0,13 кг/кг
Период активного выхода биогаза составляет в среднем 20 лет. За это время генерируется около 80 % общего количества биогаза, получаемого с одной тонны отходов. Для учета мощности слоя залегания отходов введены поправочные коэффициенты. При максимальной высоте полигона, равной 4 м используется коэффициент 0,5; при высоте от 2 до 4 м - коэффициент 0,4.
Тогда,
Qh=0,13 • 0,4=0,052 кг/кг
Количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне отходов, можно определить по формулам:
Р _ 0,80. Рбг
Руд
і
Руд _
8000,
(3)
(4)
0, - удельный выход биогаза, м /т отходов (1);
- удельный выход биогаза, кг/кг отходов
(2); 3 Рбг - плотность биогаза, кг/м ; і - период стабилизированного активного выхода биогаза, год.
Тогда, Руд _
800 • 0,13 20
_ 5,2 кг / т отхо-
дов в год.
Проектный объём захороненных отходов составляет 420000 м3. Из них 30 % - строительные отходы, остальные - бытовые. Средняя плотность бытовых отходов принимается -120,05 кг/м3, строительных - 900,9 кг/м3 [4].
Количество строительных отходов со-
ставляет:
420000 • 0,3 = 126000 м3 = 113513400 кг
Количество бытовых отходов:
420000 • 0,7 = 294000 м3 = 35294700 кг
Общее количество отходов: 148808100 кг.
Общее количество биогаза, выделившееся с полигона за "активный" период времени:
Q = 0,052 • 148808100 = 7738021,2 (кг)
Плотность биогаза определяется по закону аддитивности как средневзвешенная величина плотностей всех его компонентов:
п
У с р-
вк-Г /
Рбг =-
100
-, кг/ м
(5)
где - Свк/ содержание /-того компонента в биогазе, % (вес);
р/ - плотность /-того компонента, кг/м3; п - количество компонентов.
Средняя плотность биогаза составляет обычно 0,95 - 0,98 плотности воздуха и, таким образом, составляет:
1,2928 • 0,965 = 1,24755 кг/м3
Объем биогаза:
Q =
7738021,2
1,24755
= 6202574 м3
2. Оценка возможности применения различных схем утилизации биогаза
Выбор оптимального способа дегазации полигона является сложной задачей. Технологии дегазации существенно различаются по величине капитальных и текущих затрат, наличию блоков для утилизации биогаза (получение тепловой или электрической энергии), факельного хозяйства, устройств по рассеянию биогаза в атмосфере. В связи с этим особенно важен строго дифференцированный подход к выбору способа и технологии дегазации полигона [8].
Максимальное выделение газа с оптимальным для коммерческого использования соотношением метана и углекислого газа может продолжаться от 5 до 50 лет. Период использования полигона г. Ангарска как источника энергии может составлять 20 - 40 лет. Полезный потенциал газа составляет около 6 млн. м3, что соответствует мощности полигона 420000 м3.
Содержание метана в биогазе, исходя из
состава принимаемых отходов, не менее 45 %. Опыт развитых стран в области утилизации биогаза показывает, что при таких характеристиках полигон ТБО г. Ангарска имеет высокий газовый потенциал.
Существуют следующие виды дегазации: пассивная, при которой выделение осуществляется под собственным давлением биогаза из толщи полигона; активная дегазация, при которой биогаз отводится из полигона принудительно с помощью компрессоров и других устройств.
Применение метода пассивной дегазации полигона осуществляется сооружением газовых траншей, которые представляют собой пласты из гравия или щебня. Использование таких материалов обусловлено их достаточной газопроницаемостью. «Окна» для выхода биогаза бывают горизонтальными и вертикальными и сооружаются на поверхности полигона в точке выхода миграционного слоя биогаза. Данный метод дегазации полигона применяется для защиты растительности, а также для предотвращения попадания биогаза на территорию близлежащих населенных пунктов или других мест пребывания людей.
Активная дегазация полигона является более эффективным методом. Для его осуществления необходимо устройство систем вертикальных или горизонтальных трубопроводов, соединенных с компрессором, создающим разрежение. Биогаз попадает в систему через газосборные перфорированные трубы, перемещается к главному сборному коллектору, проходит через компрессор и транспортируется к месту его очистки, осушения и использования. Горизонтальные системы сбора газа применимы для сбора газа на действующих полигонах ТБО на начальной стадии биогазообразования. На вновь организуемых полигонах возможно добывать биогаз из нижних слоев полигона, а при дальнейшем накапливании отходов - надстраивать систему сбора. Такие системы практически исключают эмиссию дурнопахнущих газов, просты в монтаже, достаточно эффективны и практически не подвержены деформациям от движущегося автотранспорта (мусоровозов, бульдозеров и др.) в процессе эксплуатации полигонов. Однако горизонтальные системы более чувствительны к просадкам полигона и испытывают значительные механические нагрузки. Поэтому для монтажа систем применяются трубы высокой прочности, которые имеют достаточную компенсацию на растяжение при просадке грун-
/=1
тов. Преимуществом вертикальных систем дегазации является то, что они могут сооружаться как на закрытых, так и на действующих полигонах в процессе укладки отходов. Так как между метановым потенциалом и мощностью
Таблица 2 - Зависимость систем дегазации и их выделения метана
полигона существует линейная зависимость, то для удобства проектирования систем дегазации в качестве критерия можно принять мощность полигона (таблица 2) [8].
параметров от мощности полигона и скорости
Мощность полигона, тыс. м3 Система пассивной дегазации Система активной дегазации
Скорость выделения метана, м3/час Горизонтальные дренажные траншеи с газовым пуском і ко е ы в Га Окончательное покрытие в виде биофильтра Сбор и рассеивание Сжигание Получение тепловой и электрической энергии Примечание
Менее 50 Без промежуточных гидроизоляционных слоев
Менее 30 С промежуточными гидроизоляционными сломи, Ризб. не < 0,5 кПа
30-40 -
50-800 Менее 40 Окончательное покрытие при скорости выделения газа < 30 м3/час
40-60
Более 800 Более 60 при сроке эксплуатации менее 20 лет -
Более 60 при сроке эксплуатации более 20 лет -
Выбор способа утилизации биогаза определяется наличием платежеспособного потребителя тепла или энергии. Теплотворная способность газа, выделяемого мусорной свалкой, составляет приблизительно 5 кВтч/м3, то есть половину теплотворной способности природного газа. Одна тонна бытовых отходов, находящихся на мусорной свалке, выделяет за 20-летний период времени примерно 150 - 200 м3 газа, который может быть использован [1].
Одно из возможных направлений использования биогаза - подача его в сеть природного газа. Собственные энергетические затраты (тепловой и электрической энергии) могут полностью покрываться при комбинированной выработке тепла и электроэнергии в модульных электростанциях. В наиболее простом случае биогаз собирается и направляется по трубопроводу потребителю в качестве
топлива вместо других источников энергии. В качестве таких потребителей могут быть предприятия, производящие строительные материалы и использующие биогаз для обжига цементного клинкера, кирпича или керамической плитки. Биогаз используют для освещения, отопления, приготовления пищи, для приведения в действие механизмов, транспорта, электрогенераторов.
На полигоне ТБО г. Ангарска, с учётом его расположения, наличия потребителей энергии и параметров эксплуатации, возможны следующие способы утилизации биогаза:
1. сбор биогаза и подача потребителю в качестве топлива;
2. подача биогаза в сеть природного газа;
3. получение электрической энергии в модульных электростанциях.
Последний вариант является более прибыльным, но требует наибольших инвестиций
(10-13 млн. руб.). Оптимальным способом утилизации биогаза является его подача в сеть природного газа. Эта схема рентабельна и требует небольших вложений только на сооружения очистки и обогащения метана. Для полигона г. Ангарска в рамках имеющейся хозяйственной деятельности возможны следующие способы использования тепла, произведенного по выбранной схеме:
- подача тепла в пос. Юго-Восточный для обогрева жилья или теплиц;
- создание собственного тепличного хозяйства;
- обогрев хозяйственных помещений полигона.
Все эти способы являются экономически и экологически целесообразными и не требуют больших инвестиционных вложений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамов Н.Ф., Проскуряков А.Ф. Сбор и утилизация биогаза на полигонах твердых бытовых отходов: Обзорная информация. -Вып. 1 (30). - М.: ЦБНТИ Минжилкомхоза РСФСР, 1989.
2. Временные рекомендации по расчету выбросов вредных веществ в атмосферу в результате сгорания на полигонах твердых бытовых отходов и размера предъявляемого иска за загрязнение атмосферного воздуха. Минприроды РФ, 02.11.92.
3. Гуревич В.И., Лифшиц А.Б. Добыча и ути-
лизация свалочного газа - самостоятельная отрасль мировой индустрии [электронный ресурс]// http://www.ecoline.ru
4. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов (утв. Министерством строительства Российской Федерации 2 ноября 1996 г.)
5. Методические указания по расчету количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов. М., 1995 г.
6. Производственная программа ООО «Сиб-ТрансПетройл» по деятельности полигона ТБО в г. Ангарске.
7. СанПиН 2.1.7.1038-01 Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов. Утв. постановлением главного государственного санитарного врача 30.05.01 №16-01.
8. Технологический регламент получения биогаза с полигонов твердых бытовых отходов. Утв. директором АКХ им. К.Д. Памфилова В.В. Шкирятовым 2 ноября 1989 г. Москва, 1990 г.
9. Техника и технология защиты воздушной среды: Уч.пособие для ВУЗов/ В.В Юшин, В.Л. Лапин, В.М. Попов и др. - М.: Высш.шк., 2005, с. 385-386.
Малышкина Н.А., Юшков Г.Г., Щукина О.Г., Игуменьщева В.В.
ИССЛЕДОВАНИЕ РАНОЗАЖИВЛЯЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ (ПРИ НЕИНФИЦИРОВАННОЙ РАНЕ) НОВОГО ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ИЗ ПРИРОДНОГО СЫРЬЯ
Несмотря на многовековую историю изучения заживления ран, эта проблема и по сей день сохраняет свое важнейшее медицинское, общебиологическое и социальное значение. Актуальность ее определяется тем, что до настоящего времени ни одно из многочисленных предложенных лечебных средств не может считаться достаточно эффективным для стимуляции процесса заживления. Одним из наиболее перспективных путей исследования является поиск новых биологически активных соединений, а также более углубленный анализ физиологических
механизмов заживления [2].
Существует множество разнообразных методов и способов лечения ран, но ни один из них не удовлетворяет хирургов полностью. Поэтому поток новых предложений не убывает.
Необходимо отметить тот факт, что местное использование лекарственных средств
- наиболее древний способ лечения ран. На протяжении многих веков с этой целью применяли бесчисленное количество самых разнообразных веществ. Огромное и все возрастающее их число, по словам Т.Я. Арьева крас-
