книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

Рис. 5.12. Пробоотборное устройство для проведения мониторинга [23]

Кроме перечисленных, достаточно сложных методов, существуют портативные технические средства определе­ ния компонентов биогаза. Анализаторы органических па­ ров, плазменные ионизационные детекторы являются са­ мыми эффективными для измерения метана, хотя и инф­ ракрасный детектор вполне годится для мониторинга [26]. В период рекультивации, кроме аппаратурного контроля, необходимы визуальные наблюдения за полигоном, так как

контроль содержания метана, который требует приборно­ го оснащения —газовых хроматографов (стационарных) и портативных переносных приборов для качественного об­ наружения метана.

5.5.3. Особенности мониторинга биогаза

Мониторинг биогаза на полигонах ТБО является час­ тью общего мультимедийного мониторинга, который со­ провождает захороненные отходы на протяжении всего жизненного цикла. Согласно действующей директиве ЕС минимальный период мониторинга составляет 30 лет [32].

Мониторинг эмиссии метана является одним из ключе­ вых звеньев управления метаногенезом, так как гаранти­ рует информационное обеспечение управления экологичес­ кой безопасностью захоронения ТБО, позволяет оценить динамику образования и валовую эмиссию основных ком­ понентов биогаза (С02, СН4, N2, 0 2) и неметановых органи­ ческих соединений, определить период максимального выделения и возможность использования газоносной спо­ собности захоронения ТБО для утилизации метана в про­ мышленных масштабах.

Кроме того, мониторинг позволяет выявить горизонталь­ ную миграцию метана, обосновать инженерно-технические мероприятия, предупреждающие опасную эмиссию мета­ на на этапе эксплуатации полигона и позволяющие уско­ рить процесс использования территории после закрытия объекта. Выбор системы мониторинга биогаза должен ба­ зироваться на предварительной оценке максимального га­ зообразования и прогнозе количества газа, образующегося

врекультивационный и пострекультивационный период.

Впроцессе эксплуатации мониторинг газа должен про­ водиться в каждой секции полигона ежемесячно. В пост­ рекультивационный период эта процедура должна прово­ диться каждые шесть месяцев. По литературным данным, целесообразно производить мониторинг загрязнения атмос­ феры дважды в сутки в течение 7-10 дней подряд за один или несколько месяцев, когда миграция вероятнее всего имеет место. Необходимо иметь в виду, что при замерза­ нии грунта и насыщении его водой возможность миграций газа увеличивается.

Обычно газ, выделяемый из массива полигона отходов, проверяется на содержание метана. Список контролируе­ мых параметров может пополниться и другими опасными загрязнителями воздуха. При концентрации метана в воз­ духе от 5 до 15% по объему метан является взрывоопас­ ным. Проникновение газа происходит импульсами. В силу высокой изменчивости концентрации газа в течение квар­ тала или даже месяца мониторинг может не показать ре­ альное состояние выделения и миграции газа в силу того, что время и дата отбора проб могут не совпасть с периодом достижения высокой концентрации [33].

По российским нормативам требуется проводить мони­ торинг атмосферного воздуха на территории свалки и в зоне ее влияния. Контроль газовых выделений произво­ дится с помощью газоанализаторов или a/arm -датчиков на поверхности рабочего тела и с помощью сети контрольных скважин, оснащенных приборами для обнаружения СН4.

Мониторинг миграции должен проводиться регулярно, например, по требованиям US ЕРА, раз в 3 месяца. Изме­ рение газа в строениях проводится в помещениях, распо­ ложенных в верхней и нижней точке склона, с наружной части фундамента на уровне земли, вблизи трещин или отверстий в фундаменте и в полах. Также рекомендуется проводить измерения в строениях, расположенных за пре­ делами полигона, имеющих подвалы.

Системы контроля газа, защищающие здания, как пра­ вило, должны иметь несколько уровней защиты. Особое внимание нужно уделять коммуникациям, траншеям, в которых они проходят, точкам их пересечения с защитны­ ми барьерами. Все коммуникации, проходящие через зем­ ляную засыпку, должны быть газонепроницаемыми. Не­ обходимо также контролировать газогеохимическое состо­ яние грунтов, используя различные виды газовых съемок, скважинные газометрические наблюдения.

Впроцессе эксплуатации оборудования необходимо иметь

ввиду, что конденсат биогаза, содержащий коррозионно­ опасные компоненты, может воздействовать на датчики систем контроля, снижая их чувствительность или разру­ шая их. Поэтому состояние систем контроля должно нахо­ диться под наблюдением, с тем чтобы можно было вовре­ мя произвести их ремонт или замену.

По результатам мониторинга полигона ежегодно состав­ ляется краткий информационный отчет, содержащий оцен­ ку состояния полигона и выполнения нормативных требо­ ваний к санитарному захоронению ТБО, состояния объек­ тов окруж аю щ ей природной среды и изм енения, произошедшие за истекший период наблюдений, оценку эффективности инженерных сооружений, рекомендации по коррекции режима эксплуатации полигона и наблюдатель­ ной сети.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Heiss-Ziegler С., Lechner Р. Behavior of stabilized organic matter under anaerobic landfills conditions / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. P. 511-518.

2.Raninger B., Pilz G., Gheser D. Optimisation of mechanical-

biological treatment of waste to achieve Austrian landfill requirement / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. P. 387-394.

3.Diaz L. F., Savage G. M. Mechanical and biological pretreatment of MSW. P. 371-378.

4.Mancini I. M., Masi S. Influence of mechanical pretreatment on MSW Disposal in integrated systems / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. P. 362-370.

5.Catalani S., Cossu R. Flushing of mechanical-biological and thermal pretreated Waste. Lab scale tests / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. P. 345-359.

6.Higuch S., Hanashima M. Wash-out solid waste landfill system / 7 International waste management and landfill simposium. -

Sardinia, 1999. P. 337-344.

7.Paar S., Brummack J., Gamende B. Advantages of dome aeration in mechanical-biological waste treatment / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia,1999.V. 3. P. 427-434.

8.Retenberger G. New Landfill technology for mechanically-

biologically pretreated waste. V. 3. P. 527-528.

9. Von Felde D., Doedens H. Full scale results of landfilling mechanical-biological pretreated MSW. P. 533-537.

10. Deponiegas N iederO sterreich. Gefahrdungs und Nutzungpotential allgemeine Grundlagen. Teil 1. —Amt der NO Landesregierung, 1991.

11.Deponiegas NiederOsterreich. Deponieuntersuchungen Gashaushalt. Teil 2. - Amt der NO Landesregierung, 1991.

12.Санитарная очистка и уборка населенных мест. Справоч­ ник под ред. Мирного А. Н. - М.: Стройиздат, 1985.

13.Рудакова Л. В. Научно-методическое обоснование сниже­ ния эмиссии загрязняющих веществ полигонов захоронения твер-

дых бытовых отходов (ТБО) биотехнологическими методами / Дисс. на соиск. уч. степ. докт. биол. наук. —Пермь, 2000.

14.Ralph Stone and Company. Aerobic Landfill Stabilization. - Los Angeles, California, 1970.

15.Heyer K.-U., Hupe K., Stegmann R. Aeration of old landfills as an innovative method of process enhancement and remediation / 7 International waste management and landfill simposhim. - Sardinia, 1999.

16.Dammann B., Streese J., Stegmann R. Microbial oxidation

of methane from landfills in biofilters.

17.Heyer K.-U., Stegmann R. New experiences with drying effects in covered landfills and technical methods for controlled water addition

/7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. V. 3. P. 547-558.

18.Перелыгин В. M. Гигиена почвы и санитарная очистка населенных мест. - М., 1973.

19.Дударев А. Я. Санитарная очистка городов от твердых бытовых отходов. - Ленинград: Медицина, 1974.

20.Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. —М., 2000.

21.7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. V. 3.

22.Лихачев Ю. M., Федашко M. Я., Федоров П. M. 30-лет­ ний опыт работы лучшего мусороперерабатывающего завода Рос­ сии. 2-й Международный конгресс по управлению отходами. - М.: Вэйсттэк, 2001. С. 112-113.

23.Landfill off-gas collection and treatment systems. U.S. Army Corps of Engineers. —Washington, DC, 1995.

24.Dammann B., Streese J., Stegmann R. Microbial oxidation of methane from landfills in biofilters / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. V. 3. P. 345-378.

25.Абрамов H. Ф., Проскуряков А. Ф., Букреев E. M. Техно­

логический регламент получения биогаза с полигонов ТБО. - М., 1990. 21 с.

26.Рабочие материалы учебных курсов «Проектирование и эксплуатация полигонов захоронения ТБО в странах с переход­ ной экономикой*.—М., 2001. 208 с.

27.Erganzungsplannung Zentraldeponie Luneburg. BRP Consult.

Projekt № 926, 1997.

28.СНиП 11-102-96. Инженерно-экологические изыскания для строительства.

29.Проект полигона ТБО г. Березники / ПГТУ, ООО «КОНВЭК*. —Пермь, 2000. 187 с.

30.Cooper С. D., Reinhart D.R., Rash F. Landfill gas emissions. Report. Florida center for solid and hazardous waste management. - USEPA, 1992. 130 p.

31.Offermann-Clas C. The new EU-low on the landfills of waste / Environmental impact, aftercare and remediation of landfills. Vol. IV / / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. P. 263-217.

32.Draft European Union Directives, ISO 5667-2, 1991.

33.Bagchi A. Design, construction and monitoring of sanitary landfill. - USA, 1990.

Глава 6

--------------- — i_________________

УТИЛИЗАЦИЯ БИОГАЗА

Утилизация биогаза позволяет значительно снизить, а в некоторых случаях и полностью исключить загрязнение окружающей среды метаном.

Целесообразность применения того или иного способа утилизации биогаза зависит от конкретных условий хозяй­ ственной деятельности на полигоне ТБО и определяется наличием платежеспособного потребителя энергоносителей. В большинстве развитых стран этот процесс стимулируется государством: приняты законы об использовании биогаза свалок в энергетических целях. Во многих странах ЕЭС и США существуют законы, обязывающие потребителей по­ купать альтернативную энергию. В соответствии с законом Италии от 1995 года, установлены нормы по вторичному использованию биогаза для получения тепловой и электри­ ческой энергии [1]. Нормативно определена стоимость та­ кого вида энергии, которая, как правило в 2—2,5 раза выше стоимости энергии, произведенной на основе традиционных энергоносителей (природный газ, нефтепродукты и пр.).

В мировой практике известны следующие способы ути­ лизации биогаза [2]:

•факельное сжигание, обеспечивающее устранение не­ приятных запахов и снижение пожароопасности на терри­ тории полигона ТБО, при этом энергетический потенциал биогаза не используется в хозяйственных целях;

•прямое сжигание биогаза для производстватепловой энергии;

•использование биогаза в качестве топлива для газо­ вых турбин с целью получения электрической и тепловой энергии (рис. 6.1);

•доведение содержания метана в биогазе (обогащение) до 94—95% с последующим его использованием в газовых

сетях общего назначения;

•сжижение биогаза для получения жидкого топлива;

•получение твердого С02.

Рис. 6.1. Схема утилизации биогаза

сиспользованием паровой турбины [7]

6.1.Оценка ресурсного потенциала полигона ТБО

Вопрос об использовании биогаза в качестве источника энергии решается после тщательного изучения процесса метаногенеза на полигоне. Оценка газоносного потенциа­ ла полигона является первым шагом в решении вопроса об утилизации биогаза.

Обычно максимальное выделение газа с оптимальным для коммерческого использования соотношением метана и углекислого газа продолжается от 5 до 50 лет. Проведен­ ная оценка газоносной способности 22 полигонов ТБО в Нижней Австрии [3] выявила целесообразность получения энергии лишь на 8 из них, имеющих полезный объем бо­ лее 500 000 м3 (табл. 6.2), а оценку «высокий потенциал использования» получили только четыре: St. Valentin, Hollabrunn, Hohenruppersdorf, St. Polten.

По опыту развитых стран, эффективность использова­ ния биогаза на энергетические нужды непосредственно на полигоне зависит от газового потенциала: при общем по­ тенциале газа менее 100 млн нм3 — оценка низкая; при более 100 млн нм3 —оценка высокая, при эксплуатации не менее 30 лет [4].

Помимо полезного газового потенциала полигона, то есть количества газа, которое можно переработать в электро­ энергию, критериями для оценки ресурсного потенциала

полигона должны являться: период использования поли­ гона, мощность полигона, качество неочищенного газа, наличие потребителей энергии. Полигон имеет низкую оценку при сроке эксплуатации менее 10 лет, среднюю — 10—20 лет, высокую - более 20 лет.

Необходимо также изучить перспективы возмещения источника энергии после прекращения образования газа и предусмотреть необходимые капиталовложения в гарантию оптимальной эксплуатационной надежности. По наличию потребителей полигон может иметь низкую оценку, если поблизости нет потребителей, и высокую, если поблизости находится много потребителей газа. Целесообразно при оценке потребительского спроса на энергоносители выяс­ нить месторасположение потребителя энергии относитель­ но полигона, период энергетической потребности (во вре­ мя холодного сезона; только в рабочие дни; в течение дня), требуемое количество и вид энергии.

Необходимо также учитывать возмещение источников энергии после завершения газообразования.

Общая оценка эффективности использования полигона как источника энергии складывается из суммы оценок по всем указанным критериям.

Для получения более объективной картины исходная информация о направлениях использования энергии из биогаза может быть представлена в виде таблицы 6.1.

Положительное решение об использовании полигона в качестве источника энергии принимается, если выполня­ ются следующие условия:

•полезный потенциал газа составляет не менее 90 млн нм3;

•период использования - не менее 15-20 лет;

•мощность полигона - 300 000-500 000 м3;

•содержание метана в биогазе —не менее 45-50%;

•имеются потребители энергии.

6.2. Методы и технологии утилизации биогаза с целью производства тепловой и электрической энергии

Основные способы утилизации биогаза — сжигание в качестве среднекалорийного топлива в существующих про­ мышленных котлоагрегатах и выработка электроэнергии. В единичных случаях биогаз обогащают до высококало­