РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ГАЗООБРАЗОВАНИЯ НА УКРАИНСКИХ ПОЛИГОНАХ ТБО

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ГАЗООБРАЗОВАНИЯ
НА УКРАИНСКИХ ПОЛИГОНАХ ТБО

Матвеев Ю. Б., Пухнюк А. Ю., Научно-технический центр «Биомасса», Киев, Украина

Естественный процесс биологического разложения органических отходов в теле полигона приводит к образованию биогаза с содержанием метана около 50 %. Биогаз — главная причина возгораний на полигонах, которые практически не поддаются тушению и приводят к выбросам в атмосферу большого количества токсичных веществ. Кроме того, метан является газом, парниковый эффект которого в 21–23 раз выше, чем двуокиси углерода. Поэтому в развитых странах сбор биогаза на полигонах ТБО и его утилизация для производства энергии — обязательное требование.

Реальная возможность строительства таких систем в Украине появилась в связи с ратификацией Киотского протокола, который предусматривает возможность инвестирования так называемых проектов совместного осуществления, направленных на снижение выбросов парниковых газов.

Одним из факторов, определяющих успех реализации проекта по созданию системы сбора и утилизации биогаза/метана, является предварительная оценка потенциала газообразования на полигоне. От качества проведения такой оценки зависит успех технической реализации проекта, а также его экономические показатели.

Для расчета возможного объема сбора метана наиболее часто используется математическая модель, рекомендованная Агентством охраны окружающей среды США, — так называемая модель разложения первого порядка. Факторами, влияющими на количество образующегося метана, являются график завоза, морфологический состав и возраст отходов, влагосодержание, плотность, температура, кислотность, уровень фильтрата в теле полигона, а также климатические условия региона, в особенности количество атмосферных осадков и температурный режим. Используемые в модели константы — потенциал образования метана (м³ метана/т отходов) и скорость разложения отходов (год^-1) — зависят от указанных выше факторов, характерных для каждого конкретного полигона. К примеру, значение первого коэффициента может изменяться в диапазоне 0–312 м³метана/т отходов, а второго — 0,001–0,4 год^-1.

Кроме того, на процесс образования и эмиссии биогаза в атмосферу существенно влияет практика эксплуатации полигона. Например, пожары на полигоне могут значительно снизить выход метана, уменьшая количество органики и создавая условия для окисления метана. Неоднородность состава мусора (к примеру, наличие строительных отходов) приводит к неодинаковому газообразованию на различных участках полигона. Плохое уплотнение отходов и отсутствие послойной и верхней грунтовой пересыпки создает условия для неконтролированного выхода и окисления метана в поверхностном слое.

Фактическая эффективность сбора биогаза зависит от степени охвата тела полигона системой сбора и ее конструкции, наличия покрытия и состояния поверхности полигона, соотношения горизонтальной и вертикальной газопроницаемости отходов, эффективности сбора газа отдельными скважинами, а также от качества регулирования системы сбора в процессе эксплуатации.

Таким образом, количество образовавшегося и собранного на полигоне биогаза/метана зависит от множества факторов, которые не могут быть однозначно учтены в теоретических расчетах и в процессе моделирования образования биогаза с использованием средних рекомендованных значений расчетных констант. Для более точной оценки потенциала сбора метана, калибровки стандартных моделей газообразования и получения дополнительной информации, необходимой для проектирования системы сбора метана, необходимо проводить полевые исследования непосредственно на полигоне. Полевые исследования связаны с дополнительными, относительно небольшими затратами по сравнению со стоимостью целого проекта, однако существенно снижают финансовые риски инвесторов.

Основные задачи полевых исследований — определение качественного состава биогаза и его количества, измерение физических параметров на разных глубинах в теле полигона, определение уровня фильтрата, а в некоторых случаях и оценка степени газопроницаемости отходов и так называемого радиуса влияния газосборных скважин.

Существуют различные варианты проведения полевых исследований. Однако все варианты предусматривают бурение нескольких скважин для сбора биогаза, отбор проб отходов для дальнейшего лабораторного исследования, принудительный газоотбор с помощью газовых насосов в течение определенного периода (от нескольких часов до нескольких недель). В процессе газоотбора проводятся измерения потока биогаза и его химического состава (содержание метана, двуокиси углерода, кислорода, азота, сероводорода и, возможно, других примесей) и сжигание биогаза на мобильной факельной установке. В более сложных вариантах в программу измерений может входить мониторинг изменения газового давления (разрежения) в дополнительных контрольных скважинах на разных расстояниях от газоотводящих скважин во время активного отбора биогаза из последних.

В рамках подготовки проектов совместного осуществления компания НТЦ «Биомасса» (НТЦБ) принимала участие в программах измерений на нескольких украинских полигонах ТБО.

В сентябре 2006 г. компанией Hydro Geo Chem, Inc. (США) совместно с НТЦБ были проведены измерения на полигоне ТБО г. Симферополя. Полигон принимает отходы с 1981 г., занимает площадь около 24 га, количество накопленных отходов составляет до 3,5 млн т. Для оценки газообразования и газопроницаемости свалочного тела были реализованы следующие тесты:

а) баропневматический, основанный на анализе корреляции изменения давления на разных глубинах в теле полигона и изменения атмосферного давления: программа работ включала бурение одной газоотводящей и пяти наблюдательных скважин, а также непрерывный мониторинг в течение 4 суток изменения атмосферного давления и давления в наблюдательных скважинах с помощью десяти специальных датчиков, установленных на разной глубине;

б) двухчасовой насосный тест по откачке газа из отдельной газоотводящей скважины, при этом регистрировалось изменение давления в самой скважине и соседних наблюдательных скважинах.

В результате анализа данных тестов с применением численных и аналитических методов были определены объем образования биогаза, а также вертикальная и горизонтальная газопроницаемость отходов. Один из результатов данных исследований — построение пространственной модели газообразования, учитывающей физические параметры конкретного полигона. Конечным результатом исследований является предложение по проектированию принципиальной схемы газосборной системы для Симферопольского полигона. В частности, тот факт, что горизонтальная газопроницаемость полигона очень высока и существенно превышает вертикальную, позволяет сделать вывод о том, что радиус влияния вертикальных газосборных скважин достаточно большой — около 100 м. Данное свойство полигона дает возможность применить систему сбора газа, имеющую высокую эффективность (около 94 %) при относительно небольшом количестве скважин.

Аналогичная программа исследований была реализована в ноябре 2007 г. на Черниговском полигоне ТБО. Полигон принимает отходы с 1961 г., занимает площадь около 24 га, объем накопленных отходов составляет приблизительно 4,0 млн т. Результаты, полученные в Симферополе и Чернигове, оказались подобными. Это позволяет предположить, что влияние на газообразование принятой в Украине эксплуатационной практики существенно превышает влияние климатических условий.

Зарубежная практика показывает, что наиболее достоверные данные об образовании метана можно получить, продлив проведение тестового отбора газа до 2 недель (минимум). Подобные продолжительные исследования были проведены на полигоне в г. Черновцах в июле 2007 г.

Полигон принимает отходы с 1995 г. Объем накопленных отходов составляет около 850 тыс. т. Измерения проведены при поддержке Агентства защиты окружающей среды США в рамках реализации программы «Метан — на рынок» с участием специалистов американской компании SGS Engineers и украинской компании НТЦ «Биомасса». Полученные результаты позволили уточнить используемые модельные константы — потенциал образования метана и скорость разложения отходов. В настоящее время планируется продолжение полевых исследований на нескольких украинских полигонах ТБО.

THE RESULTS OF ASSESSMENT OF LANDFILL GAS GENERATION POTENTIAL
AT THE UKRAINIAN LANDFILLS

Matveev Yu. B., Pukhnyuk A. Yu., Scientific Engineering Centre «Biomass», Kyiv, Ukraine

Any feasibility study for a landfill gas (LFG) collection and management project proposed for a municipal solid waste landfill typically involves the assessment of LFG generation potential. LFG generation and collection efficiency are affected by many factors that cannot be taken into account in mathematical computations only. In order to provide accurate assessment of LFG generation potential and acquisition of additional information needed for LFG collection system design, field tests at the landfill sites are required. The results of field tests undertaken at a number of landfill sites in Ukraine in 2006–2007 are described in the paper.

Главная страница

Сведения об авторах

Матвеев Юрий Борисович, канд. физ.-мат. наук, зам. директора, Научно-технический центр «Биомасса», а/я 66, Киев, 03057, Украина. Тел. (044) 223-55-86, факс (044) 456-94-62. E-mail
Пухнюк Александра Юрьевна, ст. консультант, Научно-технический центр «Биомасса», а/я 66, Киев, 03057, Украина. Тел./факс (044) 453-28-56. E-mail

Последние изменения внесены 24.08.08