×

Вы используете устаревший браузер Internet Explorer. Некоторые функции сайта им не поддерживаются.

Рекомендуем установить один из следующих браузеров: Firefox, Opera или Chrome.

Контактная информация

+7-863-218-40-00 доб.200-80
ivdon@ivdon.ru

Анализ условий образования биогаза на полигоне по захоронению твердых отходов потребления

Аннотация

В.И. Беспалов, Р.Г. Адамян

Дата поступления статьи: 30.04.2013

Представлены технологические операции, выполняемых на территории полигона ТОП, их основные виды негативного воздействия на окружающую среду. Описаны условия образования и выделения биогаза, образующегося в толще свалочного тела и обладающего выраженным токсичным действием. Определена зависимость удельного выхода биогаза за период его активной стабилизированной генерации.

Ключевые слова: Твердые отходы потребления, полигон по захоронению ТОП, биогаз, влажные отходы, экологическая безопасность

05.23.19 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

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).

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:

(1)

где: Qt1 - удельный выход биогаза, м3/т отходов; k - постоянная разложения, равная отношению концентраций углерода и общего азота; t - продолжительность периода стабилизированного выхода биогаза (четвертая фаза), год; W - естественная относительная влажность отходов, %; G0 –масса образующегося активного органического углерода, приведенная к реальным климатическим условиям, г/т, определяемая по формуле:

  (2)

где: Сакт - концентрация активного органического углерода, г/т отходов; Т – относительная температура отходов в теле полигона, определяемая по формуле:

(3)

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:

(4)

где: Qt2- удельный выход биогаза за период его активного выхода, кг/кг отходов; W- средняя влажность отходов, %; R - 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:

(5)

где: Qt1 - удельный выход биогаза, м3/т отходов; ρбг - плотность биогаза, кг/м3; t - период стабилизированного активного выхода биогаза, год.

Общее количество биогаза, определяется по формуле:

 (6)

где:  Рtоб - количество отходов, доставленных на полигон за период с начала эксплуатации полигона до момента расчета, за исключением количества отходов, доставленных за последние два года, т; tэкспл- время эксплуатации полигона, год.

  Плотность биогаза определяется по закону аддитивности:

(7)      

где: Свнi - содержание i-того компонента в биогазе, весовые %; ρi - плотность i-того компонента биогаза, кг/м3; n - количество компонентов в биогазе.

Взаимосвязь плотности биогаза, концентрации в нем i-того компонента и его процентного содержания определяется формулой:

(8)

где: Ci – концентрация i-того компонента в биогазе, мг/м3.

Удельная масса метана, выбрасываемого в год, по формуле:

  (9)

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:

  (10)

где: Pj - количество отходов, завезенных в j-тый год, т; tэкспл- 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/magazine/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. Ibáñez-Forés, 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 1815-8991

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 978-3-942932-45-5

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 1829-0841