Анализ условий образования биогаза на полигоне по захоронению твердых отходов потребления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ условий образования биогаза на полигоне по захоронению твердых отходов потребления

В.И. Беспалов, Р.Г. Адамян

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

экологический биогаз полигон отходы

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: Q_t1 - 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: С_акт - концентрация активного органического углерода, г/т отходов; Т - относительная температура отходов в теле полигона, определяемая по формуле:

(3)

где: Т_отх- температура отходов в теле полигона, °С, изменяется от 28 до 32 °С;

Т_ос - 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: Q_t2- 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: Q_t1 - удельный выход биогаза, м³/т отходов; с_бг - плотность биогаза, кг/м³; t - период стабилизированного активного выхода биогаза, год.

Общее количество биогаза, определяется по формуле:

(6)

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

Плотность биогаза определяется по закону аддитивности:

(7)

где: С_внi - содержание i-того компонента в биогазе, весовые %; с_i - 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: C_i - 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: P_j - количество отходов, завезенных в j-тый год, т; t_экспл- 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. Ibбсez-Forйs, 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.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.

Размещено на Allbest.ru