Разложение тбо в местах захоронения

ТБО на 70—80 % состоят из органических компо­нентов, большинство из которых подвержены разложению во вре­мени в условиях захоронения в результате естественных химиче­ских и биологических процессов.

Биохимический процесс разложения органической части от­ходов микроорганизмами называют ферментацией. Процесс фер­ментации может протекать в аэробных условиях (аэробная фер­ментация) или в анаэробных условиях (анаэробная фермента­ция).

Благодаря биохимическим реакциям, происходящим в теле полигона:

• твердые отходы, подверженные биологическому разложению (ос­татки пищи и овощи, бумага и макулатурообразующие компонен­ты, волокнистые материалы растительного и животного происхож­дения), становятся биологически стабильными и не являются по­тенциальным источником загрязнения окружающей среды;

• часть твердых отходов, содержащих углерод и белок, переходит в газообразное состояние, в результате значительно снижаются масса и объем биоразлагаемых твердых органических отходов.

Поскольку отходы складируются и находятся на полигоне продолжительное время, экосистема полигона является динамич­ной, т.е. изменяется во времени. Основные процессы разложения органических отходов, происходящие в теле полигона, состав об­разующихся продуктов и фильтрата представлены на рис. 2.

Рисунок 2 - Принципиальные процессы разложения органических веществ при полигонном захоронении ТБО (основные стадии разложении, состав образующихся

продуктов и фильтрата)

Основные факторы, влияющие на разложение отходов при их полигонном захоронении, - влажность и питательная среда для микроорганизмов.

Добыча и утилизация биогаза

При анаэробном разложении органической фракции отходов образуется биогаз. Из общего объема метана, ежегод­но поступающего в атмосферу, 40-70 % образуется в результате антропогенной деятельности, причем более 20 % из них приходятся на объекты захоронения ТБО.

Подсчитано, что из 1 т ТБО образуется около 200 м³ биогаза. При этом первые 15-20 лет при разложении 1 т ТБО выделяется до 7,5 м³ биогаза в год. В дальнейшем интенсивность выделения биогаза резко сокращается.

Упрощенный процесс образования биогаза выражает реакция (конверсия глюкозы в метан): С₆H₁₂О₆ → ЗСН₄ + ЗСО₂.

Основные компоненты биогаза: метан 40-75 % (обычно 50-60 %), диоксид углерода 30-40 %, азот 5-15 %, кислород 0-2 %, сероводород и другие токсичные соединения в небольших количествах.

В зависимости от содержания метана биогаз имеет теплоту сгорания от 15 до 20 МДж/м³ (3600—4800 ккал/м³), что соответствует 50 % теплоты сгорания природного газа. В среднем теплота сгорания биогаза составляет 17,6 МДж/м³.

Как известно, биогаз является одной из причин возгорания твердых бытовых отходов на полигонах и свалках. При содержа­нии в воздухе от 5 до 15 % метана и 12 % кислорода образуется взрывоопасная смесь.

В последнее десятилетие за рубежом получили широкое распространение технологии добычи и утилизации био­газа. Например, в Германии, в 2000-х гг. добыча биогаза на полиго­нах с твердыми бытовыми отходами составила около 35 млн м³/год, что позволяет получать ежегодно 140 млн кВт·ч электроэнергии и экономить 14 тыс. т/год нефти.

На российских полигонах и свалках биогаз практически не собирается. На рис. 3 представ­лена схема добычи и утилизации биогаза, реализованная в Мос­ковской области.

Рисунок 3 - Схема добычи и утилизации биогаза

Для сбора биогаза используют вертикальные скважины, газо­проводы и компрессорные станции, обеспечивающие подачу газа к мотор-генераторам (при использовании биогаза для производ­ства электроэнергии). Компрессор создает необходимое разреже­ние для сбора биогаза и его транспортирования по газопроводам.

В российских условиях, как показала практика, наиболее це­лесообразно шнековое бурение скважин диаметром 250—300 мм. По европейским данным, выход биогаза из пробуренной скважины глубиной 10 м обычно достигает 10-20 м³/ч. Для обеспечения мощности 1 МВт требуется 15-20 пробуренных газовых скважин в теле полигона. Регулирование выхода биогаза с полигона осуществляется путем регулирования числа оборотов компрессора.

Расстояние между газовыми скважинами на участке сбора биогаза обычно не превышает 50-60 м. Если число газовых скважин на полигоне оптимально, а откосы полигона уплотнены, извлечение биогаза составляет до 80 % его образующегося объема. Если биогаз собирается на так называемых биокартах с однород­ными отходами (европейские условия), извлечение биогаза повы­шается до 90 %.

Температура образующегося биогаза соответствует темпера­туре тела полигона, которая при анаэробном разложении органи­ческой фракции твердых бытовых отходов повышается до 25-40 °С. Поскольку для отходов характерна высокая влажность, биогаз насыщается парами воды. Для удаления влаги из системы устанавливают конденсатоотводчики (стальные резервуары с гидрозатворами).

Биогаз, добываемый на полигонах, наиболее часто используют для производства электроэнергии. В российских условиях из 1 м³ биогаза можно получить 1,5 кВт·ч электроэнергии. Однако в настоя­щее время значительный энергетический потенциал полигонов у нас не используется, тогда как в большинстве развитых стран производство электроэнергии на основе биогаза стимулируется государством с помощью специальных законов.

Например, в США и странах ЕС приняты законы, обязываю­щие энергетические компании использовать нетрадиционные источники энергии, а потребителей - покупать альтернативную энергию, хотя нормативно определенная стоимость альтернатив­ной энергии, как правило, в 2-2,5 раза выше стоимости энергии, произведенной на основе традиционных энергоносителей.

В ряде случаев электроэнергия, произведенная из биогаза, частично или полностью используется для нужд предприятия, эксплуатирующего полигон с твердыми бытовыми отходами. В Швеции традиционной формой утилизации био­газа является - сжигание последних в газовых котлах для производства тепловой энергии. Газовые котлы чаще всего соединяются с местной систе­мой теплоснабже­ния. Там же накоплен опыт утилизации биогаза для комбинированного производ­ства электрической и тепловой энергии на стационарных газовых двигателях.

5