Метан из мусорной свалки: что это?

Статья адресована людям, кто при исполнении своих обязанностей сталкивается с понятиями "мусорная свалка" и "газ с мусорной свалки". Несколько ключевых слов предоставляют некоторое необходимое понимание для людей, принимающих решение, представителей власти, политиков, инвесторов и других заинтересованных сторон.

Ключевые слова:
Источник - состав – количество и производственный процесс – опасности – выбросы в окружающую среду – утилизация газа для выработки электроэнергии – сбор газа – сжигание излишков газа с низким уровнем выбросов при горении.

Источник газа с мусорных свалок
Опыт показывает, что каждая тонна бытового отхода содержит приблизительно от 150 до 250 кг органических веществ, которые биологически разлагаемы. В условиях ограничения кислорода бактериальное разложение органических веществ имеет место через 4 фазы, давая в конечном результате газ мусорных свалок.
Процесс отличается от свалки к свалке в зависимости от ряда существенных переменных: состава отходов, слеживания, влажности, покрытия свалки и т.д. ... все влияние на качество окружения, в котором живут производящие метан микробы.
Состав газа с мусорных свалок в процессе развития отдельных фаз иллюстрируется диаграммой, расположенной ниже:

В ходе первой фазы (Phase 1) собранные на мусорной свалке отходы содержат достаточно кислорода, что позволяет иметь место аэробному биологическому разложению. Кислород постепенно удаляется в виде CO2. Позже, когда кислород становится практически исчерпанным, начинается вторая фаза (Phase 2).

Эта вторая фаза называется стадией кислотного брожения в процессе разложения отходов и имеет место примерно через 2 недели после начала разложения. В это время вещества, такие как целлюлоза, белки и жиры разлагаются, давая выход субстратам, которые далее биологически разлагаются в коротко цепочные жирные кислоты, CO2 и H2. Образование CO2 и H2 достигает максимума в ходе этой фазы. В ходе стадии кислотного брожения микробы, ответственные за образование метана при разложении, начинают сами образовываться в мусорных отходах, где практически полное отсутствие кислорода.

Третья фаза (Phase 3) в процессе разложения отходов начинается когда образование биогаза становится практически количественно. Третья фаза реально начинается через 3-4 месяца. Скорость образования газа стабилизуется в пределах 2-3 лет и после этого начинается четвертая фаза (Phase 4).

В четвертой фазе "газовый реактор" будет поставлять газ постоянного состава на протяжении длительного периода.

Однако, если газ с мусорных свалок выкачивается при контролируемых условиях и в не истощающем режиме, следующие средние значения могут быть замерены:

Имеются также следы других присутствующих веществ. Хотя присутствие этих веществ количественно незначительно, они часто вызывают проблемы:

В то время как большинство веществ находятся в составе отходов и в фазе разложения, пары воды являются непрерывным сопутствующим продуктом, который в процессе выделения газа создает специфические проблемы.

Количество и процесс производства
Компьютерные модели, которые вводят поправки на влияние различных переменных на процесс производства газа, доступны, чтобы оценить потенциал производства газа на любой мусорной свалке. Такие смоделированные на компьютере исследования представляют основу для параметров завода по выделению газа.

Пример, изображающий производство газа во времени:

Опасности
Состав газа из мусорных свалок ясно иллюстрирует его потенциальную опасность для окружающей среды. Потенциальный вред, который может быть вызван газом, может быть разделен на категории следующим образом:

a) Физиологические
Опасность удушения, которое вызывается замещением насыщенного кислородом воздуха газом мусорных свалок. Существует определенно высокий риск в изолированных объемах и впадинах массы мусорной свалки.
Тошнота и угар через вдыхание токсических компонентов газа.
Разрушение зеленого покрова на площади мусорной свалки и вокруг.

b) Физические
Опасность взрыва через образование смесей метана с воздухом в пределах взрывоопасных концентраций метана (5 - 15 % объемных метана в воздухе).Это высокий риск при подземных работах в канализационных сетях, дренажной системе ливневых вод и других системах трубопроводов, проходящих через площади, которые расположены на мусорных свалках или рядом. Система трубопроводов завода по дегазированию (работающая при повышенном давлении), системы контроля вод, просачивющих в грунт из свалки и прилегающие пространства на свалке или рядом с ней также являются зонами высокого риска!
Мусорные или медленно тлеющие пожары, вызванные через воспламенимость газа мусорных свалок.

Эти опасности чрезвычайно коварны из-за непредсказуемости миграции мусорного газа через слои мусорной свалки. Зафиксировано документально, что мусорный газ собирался в сотнях метров от площади свалки в подвалах строений и вызывал серьезные взрывы. Газ мигрирует либо в связи с заливанием водой мусорных свалок, либо независимо благодаря изменениям барометрического давления, принесенного перемещением холодных фронтов или другими изменениями погоды на зоной мусорной свалки..

Загрязнение окружающей среды
Свалки, которые позволяют свободно мигрировать газу в окружающую среду, виновны в серьезном загрязнении окружающей среды:
Метан, как было доказано, почти в 30 раз более активный парниковый газ, чем CO2.
Газ мусорных свалок также сильно пахнет (сероводород и другие соединения серы).

Использование газа для выработки энергии
Один кубический метр мусорного газа имеет энергетический эквивалент от 4 до 5 квтч, что соответствует приблизительно 0,5 л топливного мазута. Если предположить, что 1 тонна бытовых отходов имеет потенциал производства 180-250 м3 газа за период 15-20 лет, то энергетический потенциал, скрытый в санитарных мусорных свалках становится понятным!

Пример

Количество собранного мусора: 3000000 тонн tons на протяжении 20 лет
Количество собираемого газа: макс. приблизительно 2300 м3/ч
Утилизуемое (без ущерба) количество газа: прибл. 1500 м3/ч

Энергетический потенциал: 1500 м3/ч = 7500 квтч = 700 л (600 кг) топочного мазута в час, т.е. более 5000 тонн топочного мазута в год на протяжении 15 лет.

Схема выработки тепла и электричества из дополнительной утилизации тепла мусора показано ниже:
Обустройство санитарной мусорной свалки системой сбора газа.
Установка по откачиванию газа
система обезвоживания
контроль и управление процессом
анализ газа
сжигание поступления

Применение:
выработка электроэнергии на газотурбинном генераторе
обработка сточных вод со свалки на установке испарения "Hoffstetter Autoflash-Evaporation" с использованием тепла мусора, например, охлаждающей воды из генераторов
технологическое тепло в виде пара, горячей жидкости и т.д. из газа промышленных свалок / многотопливный завод по сжиганию
камера сгорания для центрального отопления и производства горячей воды
вращающаяся сушильная камера для сушки щламовых отходов, корма для скота, строительных материалов и т.д.
районная тепловая станция.

Сбор газа
До тех пор пока внутреннее давление газа в мусорной свалке остается выше, чем атмосферное, мусорный газ будет продолжать выделяться в окружающую среду. С точки зрения опасности газа, связанного загрязнения окружающей среды и необходимости контролировать эти выделения стало стандартной практикой активно экстрагировать и выделять мусорный газ при контролируемых условиях.
Существенной целью системы выделения газа является активное выделение мусорного газа из мусорной свалки. Это достигается откачиванием газа из свалки через применение повышенного давления в пределах мусорной свалки.

Существующая система управления мусорным газом использует проверенные технологии. Система сбора газа гибкая и может быть установлена на различных стадиях жизни мусорного проекта:
на ранних стадиях мусорного проекта и развития с наполнением, на основание слоя за слоем по мере строительства, или,
строится по завершении образования мусорной свалки, чтобы контролировать негативные воздействия на окружающую среду.

Сжигание излишка с низким уровнем вредных выбросов
На производство мусорного газа воздействует много факторов, которые должны контролироваться инженером, и, пока это имеет место, мусорная свалка не может рассматриваться как газометр.
Производство газа это конечный результат процессов биологического разложения, которые требуют сложного взаимоотношения огромного сообщества бактерий в мусорных отходах, и быстрые изменения скорости экстракции газа будут нарушать биохимическое равновесие, достигнутое среди бактерий и результатом станет ингибирование. Следовательно, система экстракции (выделения) газа разрабатывается, чтобы достичь при возможности стационарной скорости. Это непременно создает дополнительные количества газа, который может быть сожжен. По этой причине технологическая станция обустраивается факелом с низким уровнем вредных выбросов.
Технология контроля выделения мусорного газа и его утилизации предлагается от Европейского пионера в этой технологии. Предлагаемый разработчиками проект подкреплен созданием нескольких сотен аналогичных заводов.

По материалам ООО "НЕФТЕГАЗ ИНЖИНИРИНГ"
Мнение эксперта (В.Г. Шарыкин):

Состояние мусорных свалок в России всем известно. Известно также, что только небольшое их число в настоящее время подвергается обустройству с учетом современных технологий по утилизации и переработке мусорных отходов.
Оцененное специалистами-экологами вредное воздействие газов, образующихся в мусорных свалках под воздействием бактерий, часто превышает вредное воздействие промышленных предприятий на окружающую среду. И это только без учета всякого рода опасностей самого нахождения таких свалок вблизи проживания людей.
В то же время, использование таких технологий, как выделение природного газа из мусорных свалок, дает колоссальный экономический эффект от производимой из него электроэнергии и еще больший эффект от снижения вредных выбросов в окружающую атмосферу, который поддается расчету при применении норм и требований Киотского протокола.
Извлечение природного газа из мусорных свалок должно заинтересовать прежде всего представителей администраций городов, т.к. позволяет получить значительные средства от этой технологии, улучшить экологию региона.

В.Г. Шарыкин, кандидат химических наук, эксперт

Источник: «NEWCHEMISTRY.ru» - аналитический портал химической промышленности
www.newchemistry.ru