Методика расчета выхода биогаза с закрытого полигона ТБО

Органические вещества, содержащиеся в отходах, обладают различной интенсивностью разложения. Так, резина, кожа, полимерные материалы и т.п. разлагаются микроорганизмами очень медленно, в то время как органические составляющие отходов, содержащие белковые вещества, крахмал, разлагаются очень быстро. Таким образом, можно считать, что органическая составляющая отходов состоит из "пассивного" (негенерирующего) органического вещества и "активного" (генерирующего) органического вещества. Для практических расчетов более удобно пользоваться известным уравнением выхода биогаза при метановом брожении[3]:

,                     (4.1)

Где  – удельный выход биогаза за период 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, %.

W, R, Ж, У и Б – определяются анализами отбираемых проб отходов.

Содержание жироподобных веществ принимается усредненное Ж = 2 %, углеводоподобных У = 83%, белковых Б = 15%

Расчет выбросов биогаза ведется для условий стабилизированного процесса разложения при максимальном выходе биогаза. Стабилизация процесса газовыделения наступает в среднем через два года после захоронения отходов, если эти процессы не активизировать.

Период активного выхода биогаза составляет от двадцати до двадцати пяти лет. За это время генерируется около 80 % от общего количества биогаза, получаемого с каждой тонны отходов.

Количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне отходов, можно определить по формуле[3]:

, кг/т.отходов в год,                  (4.2)

где: – удельный выход биогаза, кг/кг отходов;

t_сбр – период стабилизированного активного выхода биогаза, год (формула 3).

, лет                              (4.3)

где: t_cp.тепл. – средняя из среднемесячных температура воздуха в районе полигона твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО и ПО) за теплый период года (t.ср.мес. >0), в °С;

Т_тепл. – продолжительность теплого периода года в районе полигона ТБО, в днях;

10248 и 0,301966 – удельные коэффициенты, учитывающие биотермическое разложение органики.

 

Удельный выход биогаза (удельный биогазовый потенциал), Q_t, м³/т, определяется как

,                    (4.4)

где G₀ – удельная эмиссия биогаза, м³/т отходов; t – время с момента открытия полигона ТБО, лет; W – естественная влажность отходов, %

    В соответствии с [4] в плане скважины располагают в виде квадратной сетки с минимальным расстоянием друг от друга 30 - 40 м и соединяются между собой газопроводами.

Плотность биогаза определяется по закону аддитивности как суммарная величина произведений объемных концентраций его компонентов на их плотности[3]:

                        (4.5)

где: С_об.i - содержание i -го компонента в биогазе, объемные %;

P_i - плотность i -го компонента биогаза, кг/куб, м;

n - количество компонентов в биогазе.

Примечание: Средняя относительная 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

С другой стороны, связь плотностей компонентов, их концентраций в биогазе и объемного процентного содержания определяются формулой:

                                         (4.6)

где: C_i - концентрация i -го компонента в биогазе, мг/куб. м.

Формула для определения плотности биогаза выводится совместным решением уравнений (4.5) и (4.6):

                               (4.7)

    В таблице 4.1 указаны плотности наиболее вероятных компонентов биогаза.

Таблица 4.1. Плотности наиболее вероятных компонентов биогаза

№№ п.п.	Наименование вещества	Плотность кг/куб, м
1	Метан	0,717
2	Углерода диоксид	1,977
3	Толуол	0,867
4	Аммиак	0,771
5	Ксилол	0,869
6	Углерода оксид	1,250
7	Азота диоксид	1,490
8	Формальдегид	0,815
9	Ангидрид сернистый	2,930
10	Этилбензол	0,867
11	Бензол	0,869
12	Сероводород	1,540
13	Фенол	1,071

 

Состав биогаза и концентрации компонентов в нем определяются (через 2 года после начала эксплуатации) анализами проб биогаза, отобранных в ряде точек по площади полигона на глубине 1,0-1,5 метра (количество и расположение точек отбора зависит от активной площади полигона и числа разнородных участков) путем отсоса биогаза и дальнейших его химических анализов по существующим утвержденным методикам.

Используя полученные анализами концентрации компонентов в биогазе и рассчитанную его плотность, определяется весовое процентное содержание этих компонентов в биогазе:

(4.8)

где С_i - концентрации компонентов в биогазе, мг/куб. м;

Р_б.г. - плотность биогаза, кг/куб. м.

 

Энергия биогаза

Выделяющийся биогаз имеет теплоту сгорания 18900 - 25100 кДж/м³ (4500 - 6000 ккал/м³). Его можно использовать для получения электроэнергии, тепла или использовать вместо природного газа. Поскольку в биогазе меньше метана, чем в природном газе, то для сгорания единицы объема биогаза нужно меньше воздуха, чем при сжигании такой же единицы объема природного газа. Поэтому, если применяются горелки для газа, в которых сжигается предварительно созданная смесь горючего газа и воздуха, то для таких горелок надо уменьшать подачу воздуха в смесь при сжигании биогаза.

 

Заключение

Производимый людьми мусор, оказываете гибельное воздействие на окружающую среду и людей. Эта проблема остро стоит по всей планете, так как отходов с каждым годом производиться всё больше. При захоронении его на полигонах, выделяющийся биогаз с большим содержанием метана можно использовать на тепло и электроэнергию, но при этом полигон должен быть изолирован от проникновения фильтрата в почву и грунтовые воды. Объемом выходящего биогаза можно содержать помещения и оборудование полигона ТБО. При сортировке можно использовать материалы для производства вторичных ресурсов.

 

 

Литература

1. "Технология очистки фильтрационных сточных вод городской свалки ТБО г. Чусового." Я. С. Шишкин. Экология окружающей среды стран СНГ

2. Мариненко Е.Е., Беляева Ю.Л., Комина Г.П.. Тенденции развития систем сбора и обработки дренажных вод и метаносодержащего газа на полигонах твердых бытовых отходов: отечественный и зарубежный опыт. – СПб.: Недра, 2001. – 160с., ил.

3. Методика расчёта количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных от-ходов / М.: АКХ, 2004. – 20 c

4. Технологический регламент получения биогаза с полигонов твёрдых бытовых отходов: утв. АКХ им. Памфилова 02.11.1995. – М., 1989. – 19 c.