Дослідження складу біогазу на полігонах твердих побутових відходів Львівської області

Бучинська А. В., Гвоздевич О. В., Кульчицька-Жигайло Л. З., Подольський М. Р., Стефаник Ю. В., Інститут геології і геохімії горючих копалин Національної академії наук України, Львів, Україна

За даними Державного управління охорони навколишнього природного середовища, у Львівській області нараховано 572 сміттєзвалища, з яких 52 міські і 520 сільські. Поводження з комунальними відходами на території Львівщини обмежено їх частковим збиранням та вивезенням за межі населеного пункту. Такий спрощений варіант є неефективним, про що свідчить наявність несанкціонованих сміттєзвалищ. Більшість полігонів ТПВ експлуатують понад 20 років.

Boни виникали переважно на місці природних ярів чи долин, вибраних піщаних або глиняних кар'єрів та існували впродовж тривалого часу як стихійні сміттєзвалища без дотримання технологічних норм при експлуатуванні. Полігони є перевантаженими і потребують рекультивування в найближчі роки. Між собою вони відрізняються за тривалістю функціонування, обсягами накопичених відходів, способами їх розміщування.

Характер та інтенсивність процесів, які відбуваються в тілі звалища TПB, дозволяють розглядати його як велику техногенну систему, що продукує біогаз, основними компонентами якого є метан та діоксид вуглецю. Для виконування робіт, пов'язаних із збиранням звалищного газу та спрямованих на мінімізування негативного впливу сміттєзвалища на середовище чи в окремих випадках на використання його для виробництва електричної або теплової енергії, попередньо досліджують склад газу. Ha підставі цього аналізу можна робити висновки, в якій фазі продуктивності перебуває сміттєзвалище, оконтурити ділянки з різним умістом метану та визначити перспективні газові зони. Біогаз полігонів TПB, розташованих у прикордонних районах України і Польщі, досліджує Польсько-український центр співпраці з контролю газу полігонів твердих побутових відходів, створений у 2006 р. в рамках спільного проекту за Програмою добросусідства INTERREG IIIA/TACIS CBC при Інституті нафти і газу (м. Краків, Польща) з відділенням при Інституті геології і геохімії горючих копалин HAH України (м. Львів, Україна). Моніторинг біогазу охоплює 10 полігонів TПB на території Підкарпатського воєводства (Польща) та 13 полігонів TПB Львівської області (Україна).

Протягом 2007—2008 рр. фахівці центру провели 3 серії вимірювання складу біогазу на полігонах TПB міст Львів, Жидачів, Отрий, Дрогобич, Tpускaвeць, Борислав, Caмбіp, Отарий Caмбіp, Мостиська, Сокаль, Рава-Руська, Hoвoявopівськ, Городок. Ha вибраних полігонах розміщують TПB, які утворюють 43 % мешканців області, близько 30 % усіх відходів області припадає на Львівський полігон TПB.

Точки відбирання проб газу фіксували за допомогою навігатора GPS. Проби відбирали безпосередньо з масиву сміттєзвалищ з глибини від 1,0 до 2,0 м. Компоненти біогазу (CH₄, CO₂, О₂, H₂S, CO) визначали на місці відбирання проб портативним аналізатором газу GA-2000 Plus виробництва фірми Geotechnical Instruments Ltd, Beликoбpитaнія. Bиміpювaли також на глибині 12,0 м на Львівському полігоні TПB у газовідвідних свердловинах (рисунок), побудованих під час реалізовування міжнародного проекту.

Дослідна газовідвідна свердловина на Львівському полігоні ТПВ (2008 р.)

 Результати вимірення, а також інформація про параметри досліджуваних полігонів зібрано в базу даних і подано на інтернет-сторінці центру www.cencon.eu. У таблиці наведені узагальнені дані про склад біогазу досліджуваних полігонів.

Результати експрес-аналізів біогазу досліджуваних полігонів Львівської області

Місто	Кількість точок	Максимальна глибина вимірювання, м	Bміст
			CH4, %	CO2, %	O2, %	CO, ppm	H2S, ppm
Сокаль	6	2	12,6—19,6	13,7—23,6	5,4—8,7	0	0
Рава-Руська	6	2	24,7—38,3	24,1—45,2	0—6,2	0	0
Стрий	6	1,6	0—1,1	9,6—12,5	2,9—15,4	0	0—9
Самбір	6	2	28,8—39,8	19,4—32,1	0,4—6,2	0	0—3
Старий Самбір	7	1,7	5,4—9,6	6,3—14,5	3,3—18,2	0	0
Жидачів	6	2	55,2—66,7	7,7—39,2	0—0,36	0	0
Трускавець	6	2	11,7—39,8	16,3—28,4	0—12,8	0—2	0—13
Борислав	7	2	28,8—36,9	8,6—28,6	0—4,2	0	0
Дрогобич	9	2	39,4—94,5	3,9—28,6	0—1,3	0—3	0—2
Новояворівськ	6	2	4,3—17,9	7,1—32,2	1,4—14,7	0	0
Городок	6	1,5	2,3—19,7	17,1—39,7	0,5—11,4	0—2	0—1
Мостиська	6	1,8	11,6—29,0	10,2—21,4	0,5—11,3	0	0—2
Львів	14	2	20,8—78,5	13,7—39,3	0—16,5	0—95	0
Львів (газовідвідні свердловини)	5	12	47,5— 65,0	24,4—37,2	0	0	0

Отримані результати свідчать про різний характер процесів біодеструкції ТПВ на полігонах. Вміст СН₄ на глибинах 1,5—2,0 м коливається в широкому діапазоні. У багатьох випадках процесс метаногенезу проходить нетипово, про що свідчить наявність кисню, зокрема це полігони міст Сокаль, Старий Самбір, Новояворівськ, Городок, Мостиська. Наявність кисню у пробах біогазу полігонів міст Борислав, Самбір, Рава-Руська при вмісті метану близько 40 % свідчать про порушення технології експлуатування цих полігонів. В окремих випадках значне коливання вмісту метану на глибині 2 м відзначено в межах одного полігону (міста Дрогобич, Трускавець). На полігоні міста Стрий, де відходи розміщують на глибині до 2 м і не ущільнюють, біогаз містить метан у незначній кількості, що може свідчити про низьку інтенсивність процесу біодеструкції органічної частини ТПВ.

Bизнaчeний склад біогазу підтверджує стабільність процесу метагенезу на полігонах TПВ Львова і Жидачева. Під полігон міста Жидачів використовують відпрацьований кар'єр глини Жидачівського цегельного заводу. Експлуатують полігон з 1975 p., його площа 10,92 га. Ha теперішній час на цьому полігоні накопичено 103,4 тис. т відходів. Розрахункова кількість біогазу полігону складає 18,25 млн м³, метановий потенціал - 14,29 млн м³. Львівський полігон - один із восьми найбільших в Україні - функціонує з 1959 p., його площа складає близько 33,3 га. Ha його території розміщено 9 315,6 тис. т відходів, зокрема побутових 7 564,2 тис. т. Розрахункова кількість біогазу полігону 1 984,5 млн м³, метановий потенціал - 708,07 млн м³.

Результати моніторингу підтвердили залежність складу утворюваного біогазу від кількості, морфологічного складу і густини відходів. Процеси стабільного метагенезу зафіксовано на тих полігонах, де розміщуючи відходи, застосовують технології їх ущільнювання та пересипання шарами землі. дотримання технології процесу призводить до проникнення повітря в масив полігону і відповідно до уповільнення чи унеможливлення процесів безкисневого розкладання біомаси відходів.

Taким чином, для рекультивування полігонів ТПВ важливо виконувати пошукові роботи на етапі досліджування емісії біогазу, застосовуючи певну методику, яка дозволяє приймати обґрунтовані рішення щодо розробляння систем дегазування полігонів та енергетичного утилізування біогазу.

Автори пропонують комплексну методику досліджування на полігонах TПB, основними компонентами якої є:
1)     поверхневе газове знімання складу біогазу (статичні досліджування емісії біогазу);
2)     зонування поверхні полігону з виділенням ділянок максимального вмісту метану в біогазі;
3)     визначення місць розташування пробних дегазаційних свердловин;
4)     будування пробних дегазаційних свердловин;
5)   досліджування процесів вилучання біогазу через пробні дегазаційні свердловини (динамічні дослідження емісії біогазу);
6)  узагальнення результатів вимірення та уточнення газового потенціалу полігону;
7)   розробляння пропозицій щодо схеми розміщення дегазаційних свердловин та режимів
вилучання біогазу.

Запропонована методика забезпечує всі необхідні стадії рекультивування полігонів TOT з нейтралізуванням або енергетичним утилізуванням біогазу. Дослідження газовиділення на полігонах TПB, виконані відповідно до запропонованої комплексної методики, дають вичерпну інформацію для проведення наступного моніторингу ефективності рекультивування та контролювання екологічного стану прилеглих до полігонів TПB територій.

 Research of Biogas Composition at Landfills in Lviv Oblast

Buchinska A. V., Gvozdevich O. V., Kulchitska-Jigaylo L. Z., Podolskiy M. R., Stefanik Yu. V., Institute of Geology and Geochemistry of Combustible Minerals, National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, Ukraine

Results of biogas research at Lviv's region landfills, carried out in the context of the Project «Polish-Ukrainian Centre for Control of Landfill Gas» at Neighbourhood Programme Poland — Belarus — Ukraine INTERREG IIIA/TACIS CBC, are presented. On the basis of express analysis of landfill gas the methane potential of Lviv's landfill has been analyzed. A complex technique of gas emission research is described. Examples of the study implementation are presented.