Расчет потенциальной газоносной способности полигона

В толще складированных на полигоне отходов под воздействием микрофлоры идет биотермический анаэробный процесс распада органических составляющих. Конечным продуктом этого процесса является биогаз, основную массу которого составляют метан и диоксид углерода. Наряду с названными основными компонентами, биогаз содержит пары воды, сероводород, аммиак, оксид углерода, оксиды азота и ряд других примесей, вредных для здоровья человека. В зависимости от уровня его выброса и степени разбавления воздухом, биогаз может оказывать токсическое воздействие на живые организмы. При выходе в атмосферу биогаз вытесняет воздух, содержащийся в верхних слоях отходов. В результате у большинства растений, особенно культурных, возникают задержки роста, вплоть до их гибели. Таким образом отвод биогаза на полигонах целесообразен с точки зрения экологии и обеспечения взрывобезопасности объектов.

При максимально благоприятных условиях для жизнедеятельности метанобразующих бактерий из каждой тонны отходов образуется до 6 м³ сырого биогаза, выделяющего теплоту до 18 900 — 25 100 кДж/м³. Установлено, что характер процессов разложения ТБО в толще полигона, скорость их протекания, количество образующегося на разных стадиях биогаза, его состав и продолжительность выделения зависят от множества факторов, главными из которых являются:

• — климатические и геологические условия месторасположения полигона;
• — морфологический и химический состав завезенных на полигон отходов;
• — условия складирования отходов (площадь, объем, глубина полигона);
• — влажность, плотность, реакция рН, температура в толще полигона.

Процесс разложения ТБО в начальный период обычно носит кислый характер. Он наблюдается в верхних слоях отходов и протекает в аэробных условиях за счет кислорода, содержащегося в пустотах и проникающего из атмосферы. В дальнейшем, по мере естественного и механического уплотнения отходов, усиливаются анаэробные процессы разложения с постоянным образованием биогаза. Затем, если не нарушаются условия складирования ТБО, стабилизируется процесс анаэробного разложения отходов с постоянным по объему выделением биогаза, фактически одного газового состава. Характерным признаком наступления этой фазы является наличие более 50% метана в пробах биогаза. Продолжительность периода образования биогаза составляет 10 —30 лет.

Фактически количество биогаза в зависимости от состава и условий складируемых отходов принимается в пределах 2 — 5 м³/т в год. Максимальный его выход наблюдается на 5 — 10 год от начала эксплуатации.

Зная удельный выход биогаза и количество ТБО, завезенных на полигон, определяем максимальный годовой объем выделившегося биогаза по формуле:

V = q • E,.

где q — удельный выход биогаза, q = 2 м³/т;

Е — количество завозимых на полигон отходов, Е = 2 734 340? 0,240 = 656 241 600 кг = 656,2 т.

V = 2 • 656,2 = 1312,4 м³/год Затем определяем суточный и секундный объем выделившегося биогаза (V_сут = 3,6 м³/сут, V_сек = 0,4?10^-4 м³/с).

Количественный выход, т/год, при средней плотности 1,248 кг/м³ определяем по формуле:

М = 1,248 • V = 1,248 • 1312,4 = 1638 кг/год = 1,638 т/год.

Валовые выбросы вредных веществ определяются с учетом среднего коэффициента неравномерности образования биогаза в теплое и холодное время года.

Для исключения скопления биогаза в теле полигона предусмотрен его отвод через сеть дегазационных колодцев (рис. 3).

Рис. 2 Схема сбора и утилизации биогаза: 1 — покрытие; 2 — вентиль; 3 — культурный слой; 4 — глубина промерзания; 5 — песок; 6 — глина; 7 — коллектор; 8 — гибкий рукав; 9 — бетонное кольцо; 10 — перфорированная труба; 11 — гравий, 12 — буровая скважина; 13 — уровень фильтрата; 14 — тройник; 15 — насадка

Колодцы устанавливаются в центре каждой чаши (по 4 штуки) полигона захоронения отходов. За основу конструкции приняты сборные железобетонные колодцы диаметром 1500 мм по ТП 3.900−3.87.

Первоначально на поверхности защитного экрана устанавливается плита днища ПН — 20 диаметром 2,0 м, затем на ней монтируются кольца КС — 15 на общую высоту первого снизу слоя отходов с учетом изолирующего слоя (2,0 + 0,25 м). Монтаж колец производится без заделки стыков. Фиксация колец в поперечном направлении осуществляется путем засыпки внутренней полости кольца крупным щебнем. Для устройства наружной фильтрующей обсыпки используется инвентарная скользящая опалубка из металлической трубы. Скользящая опалубка устанавливается на плиту днища соосно с кольцами, без прикрепления к плите. Пространство между опалубкой и кольцами колодца заполняется фильтрующей обсыпкой. После укладки каждого слоя уплотненных отходов конструкции колодцев наращивают на высоту следующего слоя. На такую же высоту поднимается кольцо скользящей опалубки с засыпкой внешней полости фильтрующим материалом. Перед укладкой промежуточных изоляционных слоев в теле отходов укладываются радиальные газопроводы из полиэтиленовых труб диаметром 300 мм с выводом их в дегазационные магистральные (вертикальные) колодцы. Законченный колодец сверху перекрывают шатровой крышей с газовыпуском.

Принцип работы газовыпуска следующий. Разогретый внутри массива отходов до 40 — 50 °C биогаз легче воздуха. Из толщи отходов через фильтрующую обсыпку по горизонтальным трубопроводам и неплотности железобетонных колец колодцев он проникает во внутреннюю полость магистральных колодцев, затем по порам внутренней засыпки поднимается вверх и выводится через газовыпуски. В случае неперспективности сбора образующегося биогаза отвод его в атмосферу может осуществляться через дефлекторы.